1 Etude bibliographique
1.4 Comportement environnemental à long terme des sédiments gérés à terre
1.4.1 Mécanismes d’interactions des métaux avec les constituants de la matrice sédimentaire
matrice sédimentaire
Les principaux processus responsables du devenir et de la mobilité des ETM dans les
sols et les sédiments sont représentés dans la Fig.9. Il s'agit de l’échange ionique, l’adsorption
sur les phases minérales porteuses, la complexation avec la matière organique particulaire ou
dissoute ainsi que les réactions de précipitation/coprécipitation et de dissolution de minéraux.
Figure 9 Principaux mécanismes res
Mn+, Mj(Lor)i(n+i)+ et Mj(Linorg)i(n+ inorganique en solution respectiveme précipitation ou encore les ETM inte
2
1.4.1.1 Adsorption non-spéc
L’adsorption non spéc
organique ainsi qu’en surface d
der Waals et coulombiennes at
du solide qui sont alors compe
contre-cation ne forme pas de
sphère externe [25,90]. Cette a
est essentiellement contrôlée
surface solide. Malgré le carac
sélectivité en fonction de la
complexe de sphère externe.
présente une affinité d'autant
chargés et de faible rayon d’h
par adsorption est déterminée p
négatives de surfaces du solid
d’adsorption principal pour le
CEC du sédiment, les argiles é
aux charges variables de la MO
#!2
responsables du devenir et de la mobilité des ETM à l’in
(n+i)+ représente les ETM libres ou complexés à un
ment. M représente les ETM retenus à la surface par ads nternalisés dans la phase particulaire, solide ou dans les o
pécifique et adsorption spécifique
pécifique intervient en surface des sites acid
e de la charge négative permanente des argiles.
attirent les cations présents en solution vers les
pensées par une quantité équivalente de contre
de liaison covalente avec la surface, il form
te adsorption réversible connue sur le terme d’é
par la diffusion, la stœchiométrie et l’affinit
ractère non spécifique de l’échange ionique, il
la valence des éléments ainsi que du degré
e. La théorie de la double couche [91] mon
ant plus grande pour des ions que ceux-ci so
’hydratation [92,25]. La faculté d’un solide à
ée par la mesure de la CEC, elle résulte de l’ens
lide. L’échange ionique est souvent présenté co
les argiles [93]. Les argiles et la MON contri
étant peu influencées par une augmentation de
MON
. l’interface solide-liquide. un ligand organique et adsorption, complexation, s organismes vivants.2cides de la matière
es. Les forces de Van
les charges négatives
tre-cations [25]. Si le
rme un complexe de
d’échange cationique
inité des ions pour la
il existe une certaine
gré d’hydratation du
ontre que la surface
sont plus fortement
à retenir des cations
ensemble des charges
comme le processus
tribue fortement à la
de pH contrairement
#92
L'adsorption spécifique correspond à la formation de liaisons partiellement
covalentes avec des ligands de surface, constituant un complexe de sphère interne. Il est
considéré comme une adsorption spécifique [23,94] puisque la formation des liaisons
covalentes dépend des configurations électroniques de l’ion complexé et des groupements de
surface [25]. Cette adsorption, aussi dénommée complexation, dépend également du pH et de
l’hydrolyse des métaux [95]. Elle se produit à la surface des (hydr)oxydes [96,97], à la surface
et sur les sites de bord de feuillets des argiles, sur les substances humiques. La capacité de
sorption des oxydes de fer est variable et dépend de leur degré de cristallinité, des impuretés
associées, de la présence d’éléments co-précipités et de leur degré d’altération [98].
Les groupements fonctionnels des substances humiques se comportant comme des
ligands complexant [41] sont principalement les groupements acide carboxylique (-COOH),
hydroxyle (-OH), thiol (-SH) et les groupements basique de type amine (-NH
2), carbonyle
(C=O), alcool (-OH) et thioéther (S-OR).
1.4.1.2 Précipitation et co-précipitation
Il est souvent décrit que les réactions de coprécipitation/précipitation font partie des
principaux processus de rétention des ETM dans la phase solide [23]. Ces réactions peuvent
se dérouler soit à la surface des phases solides, soit dans la phase aqueuse du milieu, se
traduisant respectivement par un accroissement de la surface du solide ou par la formation
d’un nouveau solide. Dans les milieux naturels, les métaux sont susceptibles de précipiter
sous forme de carbonates, d’oxydes, d’hydroxydes, de phosphates ou en encore de sulfures.
Cd, par exemple, peut précipiter en otaviate (CdCO
3) à pH élevé et en CdS en conditions
réductrices [21]. Dans les sols, Pb peut être contrôlé à pH élevé par des phosphates peu
solubles (pyromorphite). Zn, à l’exception de la franklinite (ZnFe
20
4), est moins soluble
quand il est adsorbé que sous forme minérale. Mn est contrôlé par la pyrolusite (MnO
2) en
conditions oxydantes et la manganite (MnO(OH)) en conditions plus réductrices [3].
S'agissant de coprécipitation, lorsque des alumino-silicates précipitent il peut y avoir
incorporation de Zn dans les structures à la place d'Al. De même, Pb peut précipiter dans les
oxydes de Mn, les illites, les smectites et la MON [23].
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