METEAUX LOURDS I.2.1 INTRODUCTION
I.2.7 LES METAUX LOURDS ETUDIES .1. Cuivre Cu(II)
a. Généralités et sources
Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu, et de numéro atomique Z = 29. Il tire son nom du latin Cyprium aes qui a pour traduction « le métal de Chypre », en référence aux importants gisements de cuivre dans l’île méditerranéenne Chypre [65].
Métal de couleur rougeâtre, malléable et ductile. Il possède une haute conductivité thermique et électrique à température ambiante [66, 67]. Il résiste à la corrosion de l'air et de l'eau mais il est attaqué par les acides. Le cuivre est un des rares métaux qui existe à l'état natif. Cu est moyennement abondant dans la croûte terrestre pour être un métal lourd; on le trouve le plus fréquemment sous forme de minerais de cuivre natif, de minerais oxydés ou sulfurés [50, 68].
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Ses propriétés de bon conducteur de la chaleur et de l’électricité ont fait de lui un matériau très utilisé. Les sels de cuivre (sulfate, acétate, dérivés organiques) sont utilisés comme fongicides en agriculture, pour les traitements chimiques de surface, la fabrication de peintures et de céramiques [69].
b. Les propriétés physico-chimiques
Les propriétés physico-chimiques du cuivre sont données dans le tableau ci-dessous [70]:
Tableau I.7. Principales propriétés physico-chimiques du cuivre.
N° atomique 29
Masse molaire 63,5 g.mol-1 Masse volumique 8,9 g.cm-3 à 20 °C Point de fusion 1083°C Point d’ébullition 2595°C Conductivité électrique 59,6 105 S.m-1 Conductivité thermique 401m-1K-1 c. Toxicité
La production de cuivre a augmenté lors ces dernières décennies et, de ce fait, les quantités de cuivre dans l'environnement ont augmenté.
Le cuivre, à très faible dose est un oligo-élément indispensable à la vie. Il est notamment nécessaire à la formation de l'hémoglobine et remplace même le fer pour le transport de l'oxygène [53, 71]. Le cuivre est aussi, à dose plus élevée et sous ses formes oxydées, un puissant poison pour l'homme, causant plusieurs maladies [72].
Une exposition au cuivre à long terme cause des problèmes dermatologiques des mains et des pieds [73, 74], de grave irritations gastro-intestinale et des dommages possibles du foie et le rein [11]. L'inhalation du cuivre augmente le risque de cancer de poumon [75]. Il peut attaquer le système neurologique provoquant une maladie appelé la " maladie de Wilson " [76]. Les concentrations maximales admissibles du cuivre dans l’eau potable est fixée par l'organisation mondiale de santé (OMS) et l'agence de protection de l'environnement des Etats Unie (USEPA) sont 1,5 et 1,3 mg.L-1, respectivement [77, 78]. Le niveau admissible du cuivre pour les eaux résiduaires industrielles rejetées est 3 mg/L [79]. Par conséquent, la récupération du cuivre des eaux usées avant sa décharge dans le système aquatique est extrêmement importante et mérite une attention immédiate.
34 d. Travaux concernant l’élimination du cuivre
En général, plusieurs techniques ont été utilisées pour récupérer le cuivre des solutions aqueuses incluent l'oxydation, réduction, précipitation, filtration par membrane, processus biologique, échange ionique et adsorption.
Parmi ces techniques, l’adsorption sur le charbon actif reste le procédé le plus utilisé. Il existe plusieurs travaux concernant la récupération du cuivre par adsorption sur différents matériaux, par exemple : la bagasse [3], la bentonite [80], la dolomie [81] et les résidus de carotte [82]. Il a été également récupéré à l’aide du charbon actif d’origine biologique tel que, la coquille de noisette [83], les cendres volatils [84], les roseaux [85] et sciure du bois [86].
I.2.7.2. Chrome Cr(III)
a. Généralités et sources
Le chrome est un élément chimique de numéro atomique Z = 24. C’est un métal gris argenté, dur et ductile.
La concentration moyenne en chrome dans la croûte terrestre est de 125 mg /Kg. Le chrome est, le plus souvent, extrait d’un minerai de type oxyde mixte FeCr2O4 : la chromite. Les traces de chrome sont souvent responsables de la couleur de minéraux comme le vert de l’émeraude et le rouge du rubis [87].
Les utilisations industrielles de ce métal sont nombreuses et par conséquent, ils conduisent à des graves pollutions environnementales.
Le chrome est utilisé dans la fabrication des alliages et dans les traitements métalliques contre la corrosion et autres attaques oxydantes [88]. Cet élément est également utilisé dans les industries chimiques comme catalyseur dans les synthèses organiques [89], dans l’industrie des peintures et colorants [90], dans l’industrie du bois [91], les industries agro-alimentaires [92] et dans la production de films photographiques [93]. Une autre source importante de pollution industrielle des eaux naturelles par le chrome est l’industrie de tannerie [94, 95].
b. Les propriétés physico-chimiques du chrome
Les propriétés physico-chimiques du chrome sont données dans le tableau ci-dessous :
Tableau I.8. Principales propriétés physico-chimiques du chrome.
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Masse molaire 52 g.mol-1
Masse volumique 7,19 g.cm-3 à 20 °C Point de fusion 1857°C
Point d’ébullition 2672°C
c. Toxicité
La toxicité du chrome dépend non seulement de sa concentration mais aussi de son degré d’oxydation. En effet, il est communément admis que le chrome (VI) est beaucoup plus toxique que le chrome (III). Ce dernier même à très faibles doses, est un élément essentiel aux êtres vivants puisqu’il joue un rôle indispensable dans le métabolisme glucidique comme activateur de l’insuline [96, 97].
Un contact avec du chrome contenu dans l’eau, des poussières ou des particules de sol provoquent des allergies cutanés [98, 99]. Les divers composés du chrome représentent un risque majeur. Etant établi qu’ils passent la barrière placentaire, il existe un risque important pour les embryons et les fœtus.
L’effet cancérogène de ces composés du chrome a été démontré par les résultats d’études épidémiologiques sur des groupes de population exposés en milieu professionnel. L’intoxication chronique peut entrainer des altérations au niveau du tube gastro-intestinal ainsi que des accumulations dans le foie, les reins, la glande thyroïde et la moelle osseuse [100].
d. Travaux concernant l’élimination du chrome
Pour réduire l’impact de ce polluant sur l’environnement et l’homme, plusieurs méthodes ont été utilisées. La précipitation du chrome est depuis longtemps la technique la plus utilisée [101]. Il y a également l’échange ionique [102], l’électrocoagulation [103], les membranes [104] et les procédés biologiques [105].
De nombreuses études de l’adsorption du chrome ont été réalisées sur des supports tels que les argiles [106-108], les zéolites [109], le charbon actif [110], les fibres de carbone [111] et les oxydes [112].
I.2.7.3. Cadmium Cd(II) a. Généralités et sources
Le cadmium est un élément chimique de symbole Cd et de numéro atomique 48. Le nom de Cadmium vient du latin cadmia, « calamine », ancien nom donné au carbonate de
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zinc; le cadmium était extrait de ce minerai aux environs de la ville de Thèbes, qui fut fondée par Cadmos, et dont la citadelle porte le nom de kadmeia, en français Cadmée. Le cadmium est un métal blanc, ductile et malléable. Il ternit au contact de l'air. Il résiste à la corrosion atmosphérique ce qui en fait un revêtement de protection pour les métaux ferreux [49,50]. Le cadmium est présent dans presque tous les minerais de zinc (la teneur en cadmium varie de 0,01 à 0,05%).
Le cadmium est également présent dans des minerais de plomb et de cuivre, ainsi que dans des phosphates naturels [66].
Ce métal est utilisé comme anticorrosif pour le fer et comme alliage dans l’industrie automobile. Ses dérivés sont utilisés comme pigments, ou stabilisants pour les plastiques, dans la fabrication de batteries alcalines, de fongicides et d’accumulateurs Ni-Cd [100].
b. Les propriétés physico-chimiques du chrome
Les propriétés physico-chimiques du cadmium sont données dans le tableau ci-dessous : Tableau I.9. Principales propriétés physico-chimiques du cadmium.
N° atomique 48
Masse molaire 112,4 g.mol-1 Masse volumique 8,64 g.cm-3 à 20 °C Point de fusion 321 °C
Point d’ébullition 767 c. Toxicité
Le cadmium est très toxique sous toutes ses formes (métal, vapeur, sels, composés organiques). Il faut éviter son contact avec des aliments. Le cadmium est un toxique cumulatif, 5% du Cd sont résorbés au travers de l’appareil gastro-intestinal, et viennent s’accumuler dans le foie et les reins [100].
Il peut également causer des problèmes pulmonaires, des problèmes osseux ou autre comme décoloration jaunâtre des dents, rhinite, ulcération occasionnelle du septum nasal, dommages du nerf olfactif et perte de l'odorat, maux de tête, douleurs musculaires, nausées, vomissements et diarrhées. Plus grave, il a la capacité de modifier le système génétique (en altérant les chromosomes) [113].
Cependant, les teneurs en cadmium maximales admissibles dans les eaux potables sont de 5 µg/l aussi bien selon les normes européennes, américaines ou de l'organisation mondiale
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de la santé [114]. Diverses réglementations fixent également les teneurs maximales en cadmium dans les rejets industriels, les boues d'épuration et les sols cultivés [115].
d. Travaux concernant l’élimination du cadmium
Plusieurs adsorbants ont été utilisés pour récupérer le cadmium en phase aqueuse. Parmi ces adsorbants on peut citer le charbon actif préparé par noyau d’olive [116], coquille de noix de coco [117], calcite [118], hydroxiapatite [119], kaolinite [120] et montmorillonite [121].
Partie III