Origines anthropiques des métaux lourds

Les sols sont soumis à des apports de métaux lourds plus ou moins importants résultant de l’activité humaine. Ces métaux peuvent être absorbés par les plantes cultivées ou les fourrages, contaminant la chaîne alimentaire des animaux et de l’homme. Ces métaux peuvent également migrer vers les nappes phréatiques ou les eaux souterraines.

Les apports en métaux lourds peuvent venir de l’agriculture de part les impuretés présentes dans les engrais, les amendements calcaires, les fumiers, les lisiers (Figure 2,5) (Franklin et al., 2005). Ces apports peuvent aussi résulter d’une activité urbaine, industrielle (déchets d’entreprises agro-alimentaires, boues de stations d’épuration, composts) ou minière. Une autre source de métaux lourds est représentée par les apports diffus aériens d’origine lointaine (Figure 2,6). Il s’agit des poussières et aérosols provenant des chauffages, des activités industrielles, des moteurs automobiles (Sezgin et al., 2004). Ces apports se déposent aussi bien sur des cultures maraîchères que sur des forêts et prairies ou encore dans les jardins des particuliers. Ceux-ci sont véhiculés par les gouttes de pluie, le brouillard, les poussières.

Les apports en métaux lourds peuvent aussi être massifs et d’origine proche (Figure 2,7). Ces apports peuvent être accidentels ou résulter d’activité industrielle de longue durée sans protection efficace contre la dispersion dans l’environnement. C’est le cas notamment de Noyelles-Godault (62). Les teneurs en Pb et Cd mesurées dans les dix premiers centimètres des sols environnant l’usine de Métaleurop dépendaient de la distance mais aussi de l’orientation par rapport à la source d’émission (Godin et al., 1985).

Il peut également y avoir des transferts latéraux par ruissellement ou érosion à la surface (Figure 2,8). Enfin, les exportations peuvent avoir lieu par les récoltes ce qui donne lieu à une rupture du cycle bio-géochimique (Figure 2,9). En effet, dans tous les produits récoltés (fourrages, épis de maïs ou de blé) des métaux lourds sont exportés dans les aliments. Les exportations via les végétaux dépassent rarement 1% par rapport au stock d’éléments présents dans l’horizon de surface labouré des sols (Mench, 1993). Cependant, ce taux varie en fonction des espèces et nous en parleront plus longuement dans le paragraphe consacré à la phytoremédiation.

Nous nous contentons de détailler les principaux polluants métalliques des sols que nous avons étudié par la suite à savoir Cd, Zn et Pb.

Le cadmium

Les apports anthropiques de Cd résultent de trois groupes d’activités (Baize, 1997) : - les épandages et les amendements agricoles : le Cd peut être assez abondant dans les

engrais phosphatés et atteindre 10 g Cd ha^-1 (Loganathan & Hedley, 1997). Il est également apporté par l’épandage de déchets d’élevage et lors du chaulage.

- les sources industrielles : le Cd est un sous-produit du raffinage du Zn et peut être libéré lors de la métallurgie du Fe et de l’acier et lors de l’affinage du Pb.

- de nombreuses activités urbaines et le trafic routier libèrent du Cd dans l’environnement : incinération des déchets domestiques, combustion des carburants fossiles, boues des stations d’épuration, usure des pneus de voitures, piles.

Le Cd n’existe pas à l’état natif. Son minerai, la greenockite CdS est très rare. Cependant, le Cd est présent dans presque tous les minerais de Zn. Il est également présent dans les minerais de Pb et de Cu ainsi que dans les phosphates naturels. La mobilité du Cd dans les sols dépend fortement du pH, un pH acide favorisant la phytodisponibilité de celui-ci.

Le zinc

Les apports anthropiques de Zn résultent également de trois groupes d’activités majeures (Baize, 1997) :

- les sources minières et industrielles : traitement du minerai, raffinage, galvanisation du fer, gouttières, toitures, fabrication de piles électriques, pigments, matières plastiques, caoutchouc.

- les épandages agricoles : on retrouve le Zn en abondance dans les lisiers car le Zn est un constituant de l’alimentation des porcs.

- de nombreuses activités urbaines et le trafic routier libèrent du Zn dans l’environnement : toitures, gouttières, usure des pneus de voitures, incinération des déchets domestiques.

Le minerai le plus utilisé est le sulfure de zinc appelé blende ou sphalérite (ZnS). Sous l’ancien vocable de calamine on trouve la smithsonite (carbonate de zinc : ZnCO3) et l'hémimorphite (silicate de zinc : Zn4Si2O7(OH)2, H2O), la calamine autrefois très utilisée n’est aujourd’hui plus très exploitée. Le Zn est très mobile. Les formes les plus mobiles du Zn seraient facilement adsorbées par les constituants organiques et minéraux des sols. Le Zn a tendance à s’accumuler dans les horizons de surface (Baize, 1997). Les meilleures corrélations se font avec le Cd et le Pb. De plus, la teneur en Zn total est fortement influencée par la teneur en argile du sol.

Figure 3: Les sites et sols pollués en 2005. Ce sont des sites sur lesquels l'Etat a entrepris des actions de remédiation au 1er septembre 2005. (Source Ministère en charge de l’écologie, Basol, 2005).

Le plomb

Les apports anthropiques de Pb résultent de cinq groupes d’activités (Baize, 1997) : - les sources principales sont liées à l’utilisation de composés organo-métalliques

comme anti-détonnants dans les moteurs à explosion. Le métal est alors rejeté par les gaz d’échappement.

- Les sources industrielles : libération de Pb par les usines de traitement du minerai ou lors de recyclage des batteries.

- Les déblais des mines et les poussières des crassiers. - Les boues de stations d’épuration.

- Certains pesticides étaient fabriqués à base de Pb.

La teneur en Pb est également proportionnelle à la teneur en argile. Le Pb est un des polluants métalliques les moins mobiles dans le sol car il est très fortement lié aux matières organiques.

Les autres métaux

Les sols que nous avons étudiés contiennent également d’autres métaux comme le Cu, le Cr, le Ni que nous ne les détaillerons pas davantage dans cette partie.