Le cadmium (Cd) fait partie des substances dangereuses prioritaires de la directive cadre sur l’eau (2455/2001/CE). C’est un élément mineur de la croûte terrestre, non essentiel et toxique à faible dose. Il est aussi cancérigène (Bisson and Houeix 2014).
II.2.1. Sources, usages et émissions
Le Cd n’existe pas naturellement à l’état natif mais sous sa forme d’oxydation (+II). Il est souvent associé à Zn, Cu et Pb dans la croûte terrestre au sein de laquelle il est naturellement présent. C’est pourquoi il est souvent un sous-produit de l’exploitation de minerais riches en ces métaux. Dans les sols, Cd se combine facilement avec le soufre (S) minéral et organique, les carbonates, les phosphates. Les éruptions volcaniques constituent la principale source d’émissions naturelles. Les autres émissions sont majoritairement liées aux activités humaines. Les roches sédimentaires sont en générales plus riches en Cd que les roches volcaniques (Smolders et Mertens 2013).
Quelques 21 000 tonnes de Cd sont produites annuellement au niveau mondial. Il est utilisé dans la fabrication d’accumulateurs électriques, la photographie, la métallisation des surfaces. C’est aussi un agent stabilisant pour les plastiques (Dumat et Austruy 2014). La combustion du charbon et des produits pétroliers, les incinérateurs, et la métallurgie forment les principales sources de rejets atmosphériques. Dans l’eau, le Cd provient du lessivage des sols, des décharges et du traitement des effluents industriels et miniers. Son usage est de plus en plus limité, voire interdit. Mais en raison de sa persistance dans
41
l’environnement, des apports diffus et de la difficulté de le substituer dans certaines applications, les rejets sont encore importants (ADEME et INERIS 2017). On le retrouve parmi les épandages de boues de stations d’épuration et comme contamination fréquente des engrais phosphatés largement utilisés en agriculture (Smolders et Mertens 2013).
II.2.2. Transferts et potentiel toxique
Les formes Cd2+, CdSO4-, CdCl+, CdHCO3+, CdO, CdCO3, Cd(PO4)2, CdS, CdCl2 représentent les principales formes chimiques du Cd dans les sols (Dumat and Austruy 2014).
Le Cd a tendance à s’accumuler dans les horizons supérieurs, plus riches en matière organique pour laquelle il possède une bonne affinité. Le Cd d’origine anthropique est plus mobile dans les sols que le Cd d'origine pédologique (Tremel-Schaub et al. 2005). De manière générale, Cd a plutôt tendance à se lier aux oxydes et à la matières organique (Smolders et Mertens 2013). La fraction carbonatée peut aussi être importante (Adriano 1986). Le pH est le principal facteur modifiant la mobilité du Cd. La concentration dans la solution du sol augmente pour des pH inférieurs à 6, ce qui traduit à pH acide une mobilisation du Cd et l'augmentation de sa (bio)disponibilité (Bisson and Houeix 2014). Des pH faiblement acides favorisent la formation de chélates avec les acides fulviques4 des sols. Au contraire, des pH basiques (>8) ont plutôt tendance à favoriser la liaison de Cd avec les carbonates. Les ions Ca2+, Zn2+ et H+ peuvent facilement entrer en compétition dans les phénomènes de transferts de Cd (Adriano 1986). Dans les eaux, le Cd est sous forme relativement mobile (cations hydratés, complexes avec les composés de la matière organiques entre autres) (INERIS 2006; Martins 2008).
4 Les acides fulviques constituent une part importante des humus qui résultent de la biodégradation, (principalement par les animaux, les bactéries et les champignons) et de transformations chimiques donnant de nouvelles molécules complexes. Il s'agit d'un constituant important des matières organiques (Parton et al. 2015; Voroney and Heck 2015).
42
Cet élément peut être très biodisponible pour les plantes. La laitue, le chou et l’épinard l'accumulent dans les parties consommées (Tremel-Schaub et al. 2005). L’alimentation fournit environ 28 à 38 % de la dose journalière tolérable. La législation européenne autorise un maximum de 0,2 mg.kg-1 sur les récoltes (Règlement CE n° 466/2001 – 8 Mars 2001). La concentration maximum légale dans l’eau de boisson est 0,005 ppm (Tremel-Schaub et al. 2005).
La figure 8 montre que les teneurs moyennes dans les horizons supérieurs des sols de la métropole ssont le plus souvent inférieurs à 0,5 mg.kg-1, notamment en Normandie. Plusieurs études sur des sols normands ont trouvé des valeurs légèrement supérieures. Ainsi, Saussaye (2012), trouve des valeurs de 0,5 à 2 mg.kg-1. Baraud et Leleyter (2012) trouvent des valeurs allant de 2 à 5 mg.kg-1, selon les échantillons, la valeur la plus forte étant lié à une zone contaminée par une industrie métallurgique. Il existe donc des variations locales qui peuvent être importantes et qui sont liées au contexte d'usage des sols (pouvant induire une contamination) et au contexte pédologique. Ces valeurs montrent que, comparé au tableau 4, le contexte normand peut localement présenter des anomalies en ce qui concerne les teneurs en Cd. Certaines anomalies sont mesurées en dehors de tout contexte de contamination.
L’étude de Jean et al. (2018) montre que la dose hebdomadaire tolérable de Cd (calculée en fonction du risque d’apparition d’une néphrotoxicité) est dépassée pour une proportion importante de la population des enfants de moins de 3 ans ainsi que pour 15% des jeunes de 3 à 17 ans. Cependant, l’étude montre aussi que les adultes (>18 ans) accumulent plus le Cd que les jeunes. Des symptômes peuvent apparaître entre 40 et 50 ans après exposition et accumulation au cours de la vie. Les toxicités endocriniennes et neurotoxiques de Cd sont aussi mises en exergue par cette étude. L’exposition ne devrait pas dépasser 2,5 µg.kg.sem-1 pour rester en dessous du seuil urinaire de 1 µg.g-1 de créatinine (cette exposition correspond à la dose tolérable hebdomadaire, estimée par modélisation (ANSES 2017). Dans ce but, un projet de loi européenne vise à diminuer les teneurs légales en Cd des engrais phosphatés qui sont la première cause d’exposition des populations non fumeuses (90%), via les transferts vers les récoltes. Ainsi, cette teneur légale passerait de 60 à 20 mg.kg-1 d’ici 2026 (Parlement Européen 2017). Cd peut se substituer au Zn et au Ca dans les processus biologiques, ce qui peut expliquer une partie de sa toxicité. Il peut aussi interférer dans le métabolisme du Fe. L’ingestion a montré une augmentation
43
d’incidence des leucémies, des cancers des testicules et des lésions prolifératives de la prostate chez le rat. Le Cd est aussi génotoxique et tératogène (Bernhoft 2013; Gwaltney-Brant 2013; Das et al. 2014; Bisson and Houeix 2014).
Figure 8 : teneur en Cd (mg.kg-1) dans la partie superficielle des sols en France métropoliataine.