Eléments traces métalliques (ETM)

La plupart des scientifiques préfèrent à l’appellation métaux lourds, l’appellation « éléments en trace métalliques » ou par extension « éléments traces ».

Les éléments traces sont des "éléments" chimiques, au sens de la classification périodique des éléments, et ils se trouvent à l’état de " traces " quant ils sont présents à moins de 1 pour mille dans la croûte terrestre ou 0,1 pour mille dans les êtres vivants. (Adler, 2001).

Les épandages de boues apportent des quantités non négligeables d’éléments minéraux, il s’agit en particulier des "éléments traces métalliques" (ETM), dont certains sont des oligo-éléments indispensables à faible dose (zinc, cuivre), pouvant devenir toxiques au-delà d’une certaine concentration; d’autres sont des éléments toxiques même à faible concentration (cadmium, plomb, mercure), ces éléments ne sont pas utilisés par la plante pour son développement mais peuvent s’y trouver par accumulation (McBride, 2003; Timbal, 2004).

Les ETM ont une origine industrielle (Cd, Ni, Hg, Cr), domestique (Cd, Cu, Pb) et pluviale (Ni, Pb, Zn). Des expériences de longue durée ont permis de montrer que les taux de transfert des ETM du sol vers les végétaux sont inférieurs à 1% des quantités apportées sur les sols (Dudkowski, 2000 ; ADEM, 2001).

Selon la nature des eaux épurées, la teneur en certains éléments présents dans les boues peut s'élever considérablement, des apports répétés de boues par épandage pourraient, à long terme, provoquer dans les sols des accumulations incompatibles avec la qualité des cultures (Jordäo Pigozzo et al., 2006).

Les plus nocifs pour l’homme sont le cadmium, le plomb, le mercure, et qui sont mal éliminés par l’organisme. Les effets nocifs de ces éléments sur la santé peuvent survenir par accumulation plusieurs année après le début de l’exposition (IAURIF, 2003). Leur présence constitue donc une des contraintes de leur réutilisation en agriculture.

Selon Terce (2001), les boues concentrent entre 70 et 90% des quantités d'ETM des eaux usées entrantes dans la station d'épuration.

Les ETM s’accumulent dans une couche superficielle du sol de 0 à 20 cm. Seul le lessivage du zinc vers les nappes phréatiques est significativement modifié par les épandages : il diminue car il serait en partie retenu en surface par la matière organique des boues (Timbal, 2004).

• Zinc "Zn"

Les boues contiennent entre 91 et 49000 ppm (Alloway, 1990 in Alloway, 2004). La forme la plus courante et la plus mobile du zinc dans les sols est Zn⁺² qui est facilement adsorbé sur les composants minéraux (argile, hydroxydes de fer et d'aluminium) et organiques, ce qui conduit à une accumulation dans les horizons superficiels. Le Zn est considéré comme facilement soluble par apport aux autres ETM dans les sols, il est très mobile et disponible dans les sols légers et acides (Perrono, 1999).

Le Zn Joue un rôle important dans la formation de plusieurs hormones de croissance, (Skiredj, 2005). La carence en Zn provoque des troubles dans le métabolisme de l’auxine, d’où des perturbations dans la croissance il provoque la nanification des plantes et leur donne un port en rosette (Alloway, 2004), donne une chlorose mouchetée des feuilles, suivie de nécrose et chute des feuilles (Roula, 2005).

L’excès provoque : la chlorose surtout des jeunes feuilles, y compris les nervures, les feuilles ont des nervures rouges ou noires puis se détachent (Roula, 2005) ; inhibe la croissance et diminue la production de la biomasse (Rout et Das, 2003).

• Cuivre "Cu"

Les apports annuels totaux de Cu et Zn par les lisiers sont estimés 30 à 50 fois supérieurs à ceux résultants de l’épandage de boues résiduaires (Smith, 1996, Hall et Dalimier, 1994, Davis et Dalmier, 1994, citès , par Chassin et al., 1996). Cet élément joue plusieurs rôles : stimulation de la germination et de la croissance ; renforcement des parois cellulaires ; c’est un catalyseur aussi de la formation d'hormones de croissance, il joue également un rôle essentiel dans la nitrification (Skiredj, 2005).

L’insuffisance en Zn provoque des chloroses aux jeunes feuilles, plantes molles séchant facilement. L’excès donne des chloroses au feuilles avec des taches brunes (Roula, 2005), bloque la biogenèse des mitochondries (Bligny, 2004).

Le Cu induit une inhibition de la minéralisation de la matière organique plus élevée que le Zn (29% pour le Cu contre 18.8% pour le Zn) (Gabteni et Gallili, 1988).

• Cadmium "Cd"

Les boues apportent d’avantage de Cd de l’ordre de 10g/ha/an avec un apport annuel de 3 tonnes de matières sèches par hectare de boues (Chassin et al., 1996). C’est le micropolluant le plus étudié dans le cas de l’épandage des boues (Mahler et al., 1978 ; Bingham, 1979 ; Mahler et al., 1982; Allard et al., 1988; Impens et Avril, 1992) , car il est assimilé par les plantes et accumulé par les mammifères et par l’homme. La concentration du Cd dans les fertilisants commerciaux peut être comparée avec celle des boues (Stenström et Vahter, 1974).

Andersson et Nilsson (1974, cités par Mahler et al., 1978) ; Bittell et miller (1974 cités par Mahler et al., 1982), ont suggéré que l’absorption du Cd était partiellement dûe à la compétition entre les ions Ca⁺² et Cd⁺² aux surfaces de la racine.

Le Cd affecte les principales fonctions biologiques comme la croissance, l’accumulation des métaux, la photosynthèse et l’état hydrique des plantes (Laetita, 2004).

Des travaux portant sur l’épandage des boues d’épuration ou d’eaux usées pour une période de 11 ans en forêts ou 12 ans sur sol cultivé à raison de 84 t/ha montrent une accumulation de Cd dans les 20 premiers centimètre du profil. D’autres travaux arrivent au même résultat, mais pour des courtes périodes de temps de l’ordre de l’année (Allard et al., 1988)

• Plomb "Pb"

Le Pb est cent fois moins mobile que le Cd. L'argile et surtout la matière organique représentent les phases d'adsorption dominantes de ce dernier (Perrono, 1999).

Il est toxique pour les animaux et son introduction dans la chaîne alimentaire, avec le risque d’accumulation, représente un danger, par contre la présence du plomb dans le sol conduit à une accumulation sur la couche superficielle. Le Pb n’est pas un toxique systémique puisqu’il ne se diffuse pas dans le système vasculaire de la plante et ne contamine pas ou peu les parties aériennes. Son absorption racinaire n’est effective qu’au delà de seuils très élevés, supérieurs à 1000 ppm dans le sol. En revanche, les feuilles ou les fruits peuvent subir une contamination plus ou moins important, liée au dépôt de poussières de Pb à proximité des sources polluantes : la consommation des végétaux pollués conduit au risque d’intoxication