Plan phytoremédiation et métaux lourds

Phytoremédiation
et
métaux lourds
27/05/2014
1

SOMMAIRE
I- Les métaux lourds
1°) Définition
2°) Origines des métaux lourds
a) Les sources naturelles
b) Origines anthropiques
c) Exemples
d) Le cas de la contamination diffuse des eaux en France
3°) Comportement des métaux lourds dans les eaux
a) Spéciation
b) Mobilité
c) Phytodisponibilité et absorption
4°) Les risques
II- La phytoremédiation
1°) Définition
2°) Les différentes techniques
a) Phytostabilisation
b) Phytodécontamination
i ) Phytodégradation
ii ) Phytovolarisation
iii ) Phytoextraction
iv ) Rhozofiltration
3°) Exemple de dépollution hors site
27/05/2014
2

Introduction
Le sol et l’eau sont des ressources naturelles précieuses sur lesquelles se fondent la
durabilité de l'agriculture et la civilisation de l'humanité. Malheureusement, elles ont été
soumises à l'exploitation intensive et ont été sévèrement dégradés ou pollués par des activités
anthropiques. La pollution inclut des sources ponctuelles telles que des émissions et des
effluents issus des industries, des gaz d’échappements des véhicules et l’exploitation, fusion
des métaux ; des sources diffuses telles que des sels solubles (naturels et artificiels),
l'utilisation des insecticides/des pesticides, la disposition des déchets municipaux et
industriels dans l'agriculture, et l'utilisation excessive des engrais (McGrath et all., 2001 ;
Nriagu et Pacyna, 1988 ; Schalscha et Ahumada, 1998). Chaque source de contamination a ses
propres effets préjudiciables pour les plantes, animaux et finalement pour la santé des
personnes ; les rejets de métaux lourds dans les sols et les eaux sont cependant d’une grande
préoccupation du fait de leur persistance dans l'environnement et de part leur caractère
cancérigène pour les êtres humains. Ils ne peuvent pas être détruits biologiquement et sont
seulement transformés d'un état d'oxydation ou de complexe organique à un autre (Garbisu et
Alkorta, 2001 ; Gisbert et all., 2003). Par conséquent, la pollution par les métaux lourds
constitue une grande menace potentielle pour l'environnement et pour la santé des personnes.
Afin de maintenir une bonne qualité des sols et des eaux et les maintenir éloigné d'une
éventuelle contamination, des efforts continus ont été faits pour développer des technologies
qui sont faciles à utiliser et économiques. Les approches physico-chimiques ont été largement
utilisées pour remédier aux sols et eaux pollués, particulièrement à une petite échelle.
Cependant, ils éprouvent plus de difficultés pour une large échelle de remédiation en raison
des coûts élevés et des effets secondaires. L'utilisation des espèces de plantes pour le
nettoyage des sols et les eaux pollués appelées phytoremédiation a gagné un intérêt croissant
depuis la décennie passée, comme étant une technologie émergente rentable. Beaucoup
d'études ont été entreprises dans ce domaine durant les deux dernières décennies. De
nombreuses espèces de plantes ont été identifiées et examinées pour leurs caractéristiques
dans l'absorption et l'accumulation de différents métaux lourds. Des mécanismes d'absorption
de métaux aux niveaux de plantes entières et cellulaires ont été étudiés.
27/05/2014
3

I- Les métaux lourds
1°) Définition
Il existe plusieurs définitions des métaux lourds mais aucunes définitions scientifiques,
technique ou juridique qui soient unanimement reconnue.
Certains auteurs définissent les métaux lourds comme les éléments métalliques ayant
une masse volumique supérieure à une certaine valeur (cette valeur minimale variant
entre 4000 kg/m3 et 5000 kg/m3 selon les auteurs).
D’autres définissent comme métaux lourds les éléments métalliques compris entre le
cuivre et le plomb dans le tableau périodique des éléments (excluant donc le fer, le
chrome).
Pour d’autres il s’agit de tous les éléments métalliques à partir de la quatrième période
du tableau périodique des éléments.
Par confusion, compte tenu du caractère potentiellement toxique de composés de
certains des métaux lourds (mercure, plomb, cadmium en particulier), on inclut même
parfois dans la catégorie des métaux lourds certains éléments toxiques comme
l’arsenic (métalloïde), voire certains composés organiques. Il vaut mieux dans ce cas
parler d’« éléments traces ».
http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89l%C3%A9ment-trace_m%C3%A9tallique
La classification en métaux lourds est d'ailleurs souvent discutée car certains métaux
toxiques ne sont pas particulièrement « lourds » (le zinc), tandis que certains éléments
toxiques ne sont pas tous des métaux (l'arsenic par exemple). Pour ces différentes raisons, la
plupart des scientifiques préfèrent à l'appellation métaux lourds, l'appellation « éléments en
traces métalliques » -ETM- ou par extension « éléments traces ».Ils sont présents à l'état de
traces (<0,1%) dans la croûte terrestre.
27/05/2014
4

Ces ETM sont présents dans tous les compartiments de l’environnement, mais en général en
quantités très faibles. Ils peuvent nuire aux organismes vivants à faibles concentrations et ont
tendance à s'accumuler dans la chaîne alimentaire.
On distingue deux groupes de métaux en relation avec la biologie.
- Cr, Al, As, Cd, Hg, Pb SONT NON-ESSENTIELS et TOXIQUES
- Fe, Zn, Mg, Mn, Cu… sont ESSENTIELS mais peuvent devenir TOXIQUES
lorsqu’ils sont présents en excès.
2°) Origine des métaux lourds
La pollution de l’eau et des sols par les métaux lourds est un enjeu mondial. En
Europe occidentale, 1 400 000 sites ont été affectés par des métaux lourds (McGrath et all.,
2001), dont plus de 300 000 ont été pollués ; les chiffres en Europe pourraient être beaucoup
plus élevés car les problèmes de pollution se posent de plus en plus dans les pays européens
central et oriental - (Gade, 2000). Aux Etats-Unis, il y a 600 000 champs agricoles qui sont
souillés par des métaux lourds et qui ont besoin d’être remis en état (McKeehan, 2000). Selon
des statistiques du gouvernement, les mines de charbon ont souillé plus de 19 000 kilomètres
de fleuves et rivières aux USA. Plus de 100 000 ha de cultures, 55 000 ha de pâturage et 50
000 ha de forêt ont été perdus (Ragnarsdottir et Hawkins, 2005). Le problème de la pollution
des sols est également un grand défi en Chine où un sixième des terres totales cultivables ont
été pollués par des métaux lourds (Liu, 2006). La pollution du sol et de l’eau est également
grave en Inde, au Pakistan et au Bangladesh où les petites unités industrielles déversent leurs
effluents non traités dans des drains de surface qui se répartissent près des champs agricoles.
Dans ces pays les eaux d'égout brut sont souvent aussi employées pour produire des légumes
près des grandes villes.
Les métaux lourds qui ont été identifiés dans les environnements pollués sont principalement
As, Cu, Cd, Pb, Cr, Ni, Hg and Zn. Les métaux lourds contribuent par exemple pour 42%
dans la pollution d’une nappe phréatique en France.
a) Les sources naturelles :
Les sols et les sédiments contiennent
naturellement des métaux dus à l’érosion
de roches mère ou à des dépôts
atmosphériques. Le fond géochimique est
employé pour désigner la concentration en
métaux d'origine naturelle que l'on
mesure dans les sols et les sédiments. Il
dépend principalement de la composition de la
roche mère (Baize, 2000).
27/05/2014
5