Contribution à l'étude du rôle des métabolites secondaires dans la résistance des plantes à la pollution atmosphérique par le plomb

République Algérienne Dénwcratique et Populaire

Ministère de !'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Université de Jijel

Faculté des sciences exactes et de la nature et la vie

Département

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Mémoire de fin d'ÉtudeS

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En vue de l'obtention de diplôme: Mastre 2

Option : ·

Toxicologie de L 'l!nvironnement

Thème

Contribution à l'étude du rôle des métabolites

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la pollution atmosphérique par

te plomb

Membres de Jury: présenté par:

-Presidente: Mme Lemzeri H -Bara Fouzia

-Examinateur : Mr Chahreddine S -Guezira Hesna

-Encadreur: Melle Benterrouche 1.

Ordre de ....

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Session juin 2012

Année Universitaire 2011-2012

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Sommaire

Introduction

Sommaire

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...

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Première partie : synthèse bibliographique

Chapitre 1: Le métabolisme secondaire 1.1. Définition de métabolisme ... 2

1.2 .Types de métabolisme ... 2

1.2.1. Métabolisme primaire ... 2

1.2.1.1. Définition~ ... 3

1.2.1.2. Classification de métabolisme primaire ... 4

1.2.2. Métabolites secondaires ... 4

1.2.2.1. Définition des métabolites secondaires ... 5

1.2.2.2 Types et origines des métabolites secondaires ... 6

1.2.2.2 .1 Les Alcaloïdes ... 6

1.2.2.2.2 Les terpènes ... 7

1.2.2.2.3 Les composés phénoliques ... 8

1.2.2.2.4 Les huiles essentielles ... 10

1.3. Biosynthèse des métabolites secondaires ... 11

Chapitre II : pollution atmosphérique parles métaux lourds. 11.1. Définition de la pollution atmosphérique ... 13

11.2. Classification des polluants atmosphériques ... 13

11.2.1.Les polluants primaires ... 14

Sommaire

11.3. Dispersion des polluants atmosphériques ... 16

11.4.Accumulation des polluants dans l'atmosphère ... 18

11.5.Les émissions et la déposition atmosphérique ... 19

11.5.1. La déposition sèche ... 20

11.5.2. La déposition humide ... 20

11.6. Cas particulier de la pollution par les métaux lourds ... 20

-Introduction ... 20

11.6.1. Définition des métaux lourds ... 20

11.6.2.0rigine des métaux lourds ... 21

11.6.3.Mobilité et biodisponibilité des éléments traces ... 22

11.6.4.Les sources des métaux lourds ... 23

11.7. Les effets de la pollution atmosphérique ... 24

11.7. 1.Effets sur l'environnement ... 25

11.7.2. Effets sur la santé humaine ... 25

11.7.3.Effet de la pollution sur les végétaux ... 25

11.7.3.1.Effet sur le système foliaire et la photosynthèse ... 25

11.7.3.2.effet sur le système racinaire ... 25

11.8. l'élément considéré dans l'étude pb ... 26

11.8.1. Historique ... .... 26

11.8.2. Définition du plomb ... 26

11.8.3.propriété physico-chimique du plomb ... 26

11.8.4. Les sources naturelles et anthropiques du plomb ... 26

11.8.5.devenir dans l'organisme et toxicité du plomb ... 27

ii ____;,

-Sommaire

II.10. Devenir du Pb dans l'environnement ... 28

Deuxième partie : partie pratique Chapitre III: Présentation de la zone d'étude III. 1. Situation géographique ... 29

III.2. Description générale et localisation ... 29

III.2.3. Aperçu climatique de la région de Jijel ... 31

III.2.3.1. La température ... 31

III.2.3.2. Pluviométrie ... 32

III.2.3.3. Synthèses climatiques ... 33

III.2.3.4. Vent ... 34

Chapitre IV : Matérielle et méthode IV.1. Choix du matériel végétal. ... 36

IV.1.1. Le myrte (Myrtus communis L.) ... 36

IV.1.2. Le lentisque (Pistacia lentiscus) ... 37

IV.2.méthode de prélèvement ... 38

IV.2.1. Méthode de prélèvement du sol ... 38

IV.2.2. Méthode de prélèvement de la végétation ... 39

IV.3. Méthode d'analyse ... 39

IV.3.1.Méthodes d'analyse pédologique ... 39

IV.3.1.1.Mesure du pH (pH mètre) ... 39

IV.3.1.2.Mesure de la conductivité électrique (CE) ... 39

IV.3.1.3. La matière organique ... 39

IV.3.1.4. Mesure de la capacité d'échange cationique (CEC) ... .40

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Sommaire

IV.3.1.5. Dosage des métaux lourds totaux (Pb) ... .40

IV.3.2. Méthode d'analyse des végétaux ... 40

IV.3.2.1. Dosage du plomb ... 40

IV.3.2.2. Quantification des composés phénoliques ... .41

IV.3.2.3.Quantification des composés phénoliques ... .42

IV.3.2.3.1.Quantification des phénols totaux ... 42

IV.3.2.3.2. Quantification des Flavonoïdes ... .43

IV.3.2.3.3.Quantification des tannins ... 44

IV.3.2.4. Chromatographie analytique sur couche mince ... .44

1. Définition et appareillage ... 44

2. Principe de la technique ... 46

3. Mode opératoire ... 46

Chapitre V: Résultats et discussion V.1. Les résultats des paramètres de sol ... 49

V.1.1. Le pH ... 49

IV.1.2. La conductivité électrique ... 50

IV.1. 3. La capacité d'echange cationique ... 50

IV.1.4.Matière organique ... 52

IV.1.5. Teneur en plomb (Pb) ... 53

IV.2.Résultats relatifs au matériel végétal. ... 54

IV.2.1 Accumulation des métaux lourds (Pb) dans la végétation ... 54

V. 2.2.Taux d'extraction des composés phénoliques ... 56

V.2.3. Quantification des composés phénoliques ... 57

V.2.3.1.Quantification des phénols totaux ... 58

iv _ _ ; ,

Sommaire

V.2.3.2.Quantification des flavonoïdes ... 62

V.2.3.3. Quantification des tannins ... 65

V.2.4.Résultats de la Chromatographie analytique sur couche mince ... 69

Conclusion ... 75

Références bibliographique ... 77 Annexe

V

Liste des tableaux

Liste des tableaux

Tableau 01: Localisation des métabolites secondaires dans les plantes (Site web). Tableau 02: Les principales classes d'alcaloïdes (Hopkins, 2003).

Tableau 03: Les principales classes de terpénoïdes,(Hopkins,2003).

Tableau 04: Les composés phénoliques les plus importants et groupe de substances Correspondant (Gerhard, 1993).

Tableau 05: Classification usuelle des sources de polluants Atmosphérique (JEAN et LUCIEN, 1988).

Tableau 06: Classification des polluants (Just.J, 2007)

Tableau 07: Sources industrielles et agricoles des métaux présents dans l'environnement (biney et al., 1991).

Tableau 08: Répartition de la moyenne mensuelle de la température (C0

) entre 2002 et 2011 (source: ONM de Jijel, 2011).

Tableau 09: Répartition de la moyenne mensuelle de la pluviométrie (mm) entre 2002 et 2011 (source: ONM de Jijel, 2011).

Tableau 10: résultat des paramètres physicochimiques du sol des quatre stations étudient Tableau 11: Classe de la CEC selon les normes d AFNOR (1998).

Tableau 12: Classe de la Mo selon les normes d AFNOR (1998).

Tableau 13: teneur du Pb des feuilles lavées (FL) et non lavées (FNL) de Myrtus et Pistacia Tableau 14: taux d'extraction(%) de Myrtus et Pistacia.

Tableau 15: les composés que pourraient contenir les extraits végétaux (D'après Newman et al., 1997).

Tableau 16: La teneur moyenne en phénols totaux des extraits foliaires chez Myrtus et Pistacia. Tableau 17: Teneur en phénols totaux des extraits de Myrtus (mg Eq AG/g d'extrait)

Tableau 18: Teneur en phénols totaux des extraits de Pistacia (mg Eq AG/g d'extrait) Tableau 19: la teneur moyenne en flavonoîdes des extraits foliaires chez Myrtus et Pistacia.

Liste des tableaux (mg Eq AG/g d'extrait)

Tableau 20: Teneur en flavonoïdes des extraits de Myrtus (mg Eq A gue/g d'extrait) Tableau 21: Teneur en flavonoïdes des extraits de Pistacia (mg Eq A gue/g d'extrait) Tableau 22: la teneur moyenne en tannins des extraits foliaires chez Myrtus et Pistacia. (mg Eq A tan/g d'extrait).

Tableau 23: Teneur en tannins des extraits de Myrtus (mg Eq A tan/g d'extrait) Tableau 24: Teneur en tannins des extraits de Pistacia (mg Eq A tan/g d'extrait).

Tableau 25 : Résultat de la chromatographie sur couche mince des extraits bruts de Myrtus des 4 stations avec le système solvant (3).

Tableau 26 : Résultat de la chromatographie sur couche mince des extraits bruts de Lentisque des 4 stations avec le système solvant (3)

Tableau 27 : Résultat de la chromatographie sur couche mince des extraits brutes de Myrtus des 4 stations avec le système solvant (5).

Liste des figures

Liste des figures

Figure 1: Structure générale d'un acide aminé (Moussard, 2006).

Figure 2: Relation entre le métabolisme primaire (le métabolisme énergétique et métabolisme carbonée) et métabolisme secondaire (métabolisme des substances naturelle) (Luttge U, 1996).

Figure 03: Structure d'un groupe phénol (Hopkins, 2003).

Figure 04: La voie du shikimate et la biosynthèse de chorismate (René et al., 1998). Figure 05 : inversion de température et pollution (masclet.P, 2005).

Figure 06: Schéma illustrant la mobilité des métaux lourds (D'après Shallari, 1997). Figure 07: Carte de situation géographique de la zone d'étude (site web).

Figure 08: Carte de situation géographique de bordj T'har (site web). Figure 09: Carte de situation géographique de bordj T'har (site web).

Figure 10: Carte de situation géographique de bordj T'har (site web).

Figure 11: Variation annuelle de la température moyenne dans la willaya de Jijel entre 2002 et

2011 selon ONM de Jijel, 2011).

Figure12: Variation des précipitations moyennes mensuelles de la période 2002-2011 selon l'ONM de Jijel.

Figure13: Diagramme ombra-thermique de Bagnouls et Gaussen pour la région de Jijel.

Figure 14: La rose des vents au niveau de la région de Jijel de 1988 à 2009 (Source: ONM, 2010).

Figure 15: Myrtus Communis L Figure 16: Pistacia lentiscus L

Figure 17 : Description botanique de P. lentiscus , (Boukeloua , 2009).

Figure 18: Schéma récapitulatif des étapes suivies pour la préparation des extraits. Figure 19: migration en CCM. (mallek R et Lahiouel H,2010).

Figure 20 : Variations du pH du sol selon les stations.

Figure 21: Variation de la conductivité électrique selon les stations.

viii

._

Liste des figures Figure 22: Variation de la capacité d'echange cationique (meq /lüüg) en fonction des stations. Figure 23:Variation de la matiére organique selon les stations étudiées.

Figure 24: Variation de la concentration du plomb selon les stations etudiées.

Figure 25: Variation de la concentration du Pb chez les deux espèces selon les stations étudiées. Figure 26: Variation de la teneur moyenne en phénols totaux des extraits de feuilles des espèces étudiées.

Figure 27: Variation de la teneur en phénols totaux chez Myrtus communis en fonction des stations.

Figure 28: Variation de la teneur en phénols totaux chez Pistacia lentiscus en fonction des stations.

Figure 29: Variation de la teneur moyenne en flavonoïdes des extraits de feuilles des espèces étudiées.

Figure 30: Variation de la teneur en flavonoîde chez Myrtus communis en fonction des stations. Figure 31: Variation de la teneur en flavonoîdes chez Pistacia lentiscus en fonction des stations. Figure 32: Variation de la teneur moyenne tannins des extraits de feuilles des espèces étudiées. Figure 33: Variation de la teneur en tannins chez Myrtus communis en fonction des stations Figure 34: Variation de la teneur en tannins chez Pistacia lentiscus en fonction des stations. Figure 35 : CCM analytique représentative des extraits éthanoliques de Pistacia lentiscus.

Figure 36 : CCM analytique représentative des extraits éthanoliques de Myrtus communis par UV systèmes

Figure 37 : CCM analytique représentative des extraits éthanoliques de Myrtus communis par systèmes

ix

LISTE DES ABREVIATIONS

Cm3 : centimètre cube

CCM : Chromatographie sur Couche Mince.

ETM : Elément Trace Métallique

g: gramme kg : kilogramme l: Litre mg : milligramme ml : millilitre mm : millimètre Pb: Plomb

ppm : partie par million.

SAA: Spectrophotométrie d' Absorption Atomique. µg : m1crogramme

µl : microlitre

% : pourcentage

FNL : feuilles non laves

FL : feuilles laves

Rf : rapport frontale

uv : Ultraviolet °C : degrés Celsius

NOx: oxydes d'azote

Abréviations

X ____;

Abréviations

NOz: dioxyde d'azote

SOz : dioxyde de soufr

CO : monoxyde carbone

COz : dioxyde de carbone

COV : composés organique volatiles 03: ozone

HAP : les hydrocarbures aromatiques polycyclique

PCB: les polychlorobiphényles

CFC : chlorofluorocarbures

PM : particules mettre

NO: monoxyde d'azote OH : Le radical hydroxyl Oz: oxygène H02: eau 0: monoxyde CH4: méthane T: Temperature

*

_{: significatif} ** : hautement significatif ***: trés hautement significatif NS: non significative As: Arsenic xi ___p

Cd: cadmium Cr: Chrome Cu: cuivre Ni: Nickel Zn: zinc CE : conductivité électrique

CEC: capacité d'échange cationique

MO : matière organique

PH : potentiel hydrique

DO : Densité optique

nm : nanomètre

ONM : office National de Météorologie

µs : micro semence Mn : le manganèse

Abréviations

Introduction

Introduction

La pollution atmosphérique est la résultante d'une modification quantitative par la hausse de la concentration dans l'air de certains constituants normaux (C02, N02, 03 .. ) soit d'une

modification qualitative due à l'introduction de composés à ce milieu (radioéléments, substance organique de synthèse, Métaux lourds ... ), soit encore, et c'est le cas générale, d'une combinaison de ces deux phénomènes (Hegger et al., 2009).

Le plomb est l'un des métaux les plus répondu dans l'écorce terrestre, qui compte parmi les métaux lourd en raison de sa forte densité. Les industries et les véhicules sont les principales sources du plomb dans l'atmosphère dans de nombreuse ville. Il est fortement toxique pour l'homme et les végétaux. L'impact de la pollution atmosphérique par le plomb sur les écosystèmes dépend des quantités de polluants absorbes par les plantes et de la réaction des différentes espèces.

Depuis une quinzaine d'année, une série de travaux à été menée pour analyser les métabolites de la résistance des plantes (proline, sucre soluble et composés phénoliques) aux métaux lourds. Pour pouvoir s'adapter et ne pas être éliminer des moindres agressions du milieu extérieur, les végétaux ont la particularité de présenter un important métabolisme secondaire, ils synthétisent des substances chimiques, qui sont souvent spécifiques d'un groupe Taxonomique particulaire et que ne paraissent jouer aucune rôle dans le métabolisme primaire (Gerhard, 1993).

L'objectif de cette étude est d'évaluer la biodisponibilité, le transfert et l'effet de la pollution métallique comme le plomb, et faire une analyse assez exhaustive de l'impact des métaux étudie sur la physiologie et le métabolisme de la plante.

Il y a deux parties :

1- La synthèse bibliographique qui comprend deux chapitre : Le première consacré à une métabolisme secondaire, le deuxième chapitre est de parler avec la pollution atmosphérique et leur effets sur les êtres vivants.

2- Partie pratique comprends trois chapitres: Présentation de la zone d'étude, Matériels et méthodes cours de l'étude et résultats obtenus et à la discussion.

Le travail sera finir par une conclusion.

1

________,-Chapitre/ Métabolisme secondaire 1.1. Définition de métabolisme

L'ensemble des réactions chimiques qui se déroulent dans un organisme est appelé métabolisme. Le métabolise (du grec : métabole, changement) est un processus très dynamique ou les molécules sont en continuel renouvellement.la composition d'une cellule à un instant donné est en équilibre entre synthèse et dégradation. L'essentiel des synthèses est orienté vers la production de molécules qui sont importantes polir la structure et le fonctionnement de la cellule. Cependant, chez les plantes une quantité importante du Carbone et de l'énergie est allouée à la synthèse de molécules dont la fonction est moins claire (Hopkins, 2003).

Le métabolisme des plantes vertes est associé à l'apparition de l'autotrophie. Au contraire de la plupart des autres êtres vivants, les plantes vertes, en présence de lumière, peuvent synthétiser elles-mêmes les substrats organique nécessaires, à leurs métabolisme : elles utilisent du gaz carbonique, de l'eau, des sels minéraux et parallèlement, elles libèrent de l'oxygène (Richter, 1993).

1.2 .Types de métabolisme

On peut distinguer deux types de métabolisme. Métabolisme primaire et métabolisme secondaire.

1.2.1. Métabolisme primaire 1.2.1.1. Définition

Le métabolisme peut également être subdivisé différemment. Par exemple toutes les cellules renferment des glucides phosphorylés, des acides aminés, des lipides et des acides nucléiques ; ces molécules qui sont à la base de la machinerie moléculaire de la cellule sont dénommés métabolites primaires (Hopkins, 2003).

1.2.1.2. Classification de métabolisme primaire -Les glucides

La plus grande partie des substances organiques est constituée par les glucides qui sont principalement synthétisés par les plantes et constituent avec les lipides et les protéines, une part importante de la nourriture des animaux et de l'homme (Hopkins, 2003).

Les glucides sont les biomolécules les plus abondantes de la plante, ils jouent au sein des êtres vivants un nombre de rôles très divers (Weinman et Méhul, 2004).

Chapitre/ Métabolisme secondaire -Les lipides

(Du grec lipos, graisse) sont caractérisés par une propriété physique: la solubilité. Ils sont des composés à solubilité nulle ON faible dans l'eau par contre élevée dans les solvants organiques non

polaires (méthanol, chloroforme, cyclohexane ... etc,) ( Touitou, 2005). -Les acides aminés ou aminoacides

sont des molécules qui possèdent : une fonction acide carboxylique et une fonction amine

primaire, portées par un même atome de carbone (a(C2 ,C1) étant l'atome de carbone carboxylique).

Ils sont différent par la nature de la chaîne latérale (ou radicale), plus de 300 acide aminés sont inventoriés : 20 acides aminés constituent les protéines naturelle (Moussard, 2006).

Fonction carboxylique

l

COOH 1 Chaîne • R-C-H Latérale Carbone a NH2

î

Fonction amine

Figure 01 : Structure générale d'un acide aminé (Moussard, 2006). 1.2.1.2.4 Les protéines

Sont des polymères linéaires d'acides aminés unis par une liaison amide, dite liaison peptidique, établie entre le groupement a-carboxyle de l'un et le groupement a-aminé (Moussard, 2006).

3

Chapitre I Métabolisme secondaire

1.2.2. Métabolites secondaires

1.2.2.1. Définition des métabolites secondaires

Les plantes produisent un grand nombre de composés, ces composés ne sont pas produits directement lors de la photosynthèse mais résultent des réactions chimiques ultérieures. On les appelle métabolismes secondaires (Richter, 1999; Sevenet ,1994).

Les métabolites secondaires des végétaux peuvent être définis comme des molécules indirectement essentielles à la vie des plantes, par opposition aux métabolites primaires qui alimentent les grandes voies du métabolisme basale comme montre la (Figure 02) . Ces métabolites secondaires exercent cependant une action déterminante sur l'adaptation des plantes à leur environnement. Ils participent ainsi, de manière très efficace, à la tolérance des végétaux à des stress variés (attaques de pathogènes, prédation d'insectes, sécheresse, lumière UV ... ) (Colmar, 2007). Les plantes utilisent les métabolismes primaires pour produire les métabolismes secondaires (Hopkins, 2003). -·- - - - · - - - ·-·-·· _;:,;;..:=:::.::::.::::::.::___- ····- -::::::::th~e:;ïdc::::::::: ·.·.·_·.·.·.·..·.·_·..·_·.._··.·.· _.·.·.· .. ·.·_.. ._··._.·.·._· · Hetcrosidcs Çyanogcucs

Glucosinolatc Acide shlkimiquc

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Acides aminés aromariques >~:;: 1

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Alcaloide

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1 Acides aminés aliphatiques ;;~:;~

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Acide Gras !'.:~:'.:

l

I

.

11

Aeetyl CoA - -, .,1 Mal onyl CoA

Figure 02 : Relation entre le métabolisme primaire (le métabolisme énergétique et le métabolisme carbonée) et métabolisme secondaire (métabolisme des substances naturelles) (Luttge, 1996).

Chapitre/ Métabolisme secondaire

On trouve des métabolites secondaires dans de nombreux tissus végétaux, selon leur rôle défensif. Ces emplacements sont très variables selon les plantes. Le tableau 01 montre la localisation des métabolites secondaires dans les plantes. (Encarta, 2005).

Tableau 01 : Localisation des métabolites secondaires dans les plantes (Encarta, 2005).

,---·--

Tissus

--- --

---r·---·-··--·

Molécules iPlantes

1

!Trichomes jMonoterpènes !Lamiacées

i

'

.

!Trichomes Sesquiterpènes !Solanacées

~·--···-···--··---··---·-····---r·---,

! l

~

richomes

!Flavonoïdes !Solanacées

1

1---jTriterpènes ····-Cires ₁Asclépiadacées 1 i

ICires jPhénols !Rosacées

1

!

"---···

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F '

---

_{'G .}

!Epiderme Alcaloïdes ! enzsta

1

jParois cellulaires jTannins !Beaucoup d'arbres

1

,---···----·--··----r---··

Cellules mortes Tannins jPlantes ligneuses 1 !vacuoles glycosides 1 ! cyanogéniques !Beaucoup de plantes

l

1

'Vacuoles [Alcaloïdes 1 !Beaucoup de plantes

1

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des

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jFuranoco~

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~

rin

~

;-

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Citrus

!Glandes à huile jsesquiterpènes IGossypiurn 1

[L~t~~---Îdi-et triterpè~es _{!Euphorbiacées}

!Latex jsesquiterpènes !Asteracées

l

r···-··---·---F<·--- ---,

-!Latex Alcaloïdes !Euphorbiacées

1 ! Canaux IDiterpènes !Gymnospermes résinifères 1 ----·---amino-acides non Semence Légumes protéiques 1

Paroi des !Pastinaca Myataceae

Furanocoumarines

semences iAnecaraiaceae

,Ecorce Quinine

i

Cinchona

i-

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---··---r--··-·-··-·--··-···-·-·-·-··---···-·-····-···-··---·-·--

,----·-·---·-·-··---·-·-1 i

5

Chapitre I _{Métabolisme secondaire}

1.2.2.2 Types et origines des métabolites secondaires

On peut identifier quatre grandes familles des métabolites secondaires );;:> Les Alcaloïdes

);;:> Les terpènes

);;:> Les composés phénoliques );;:> Les huiles essentielles

1.2.2.2 .1 Les Alcaloïdes

-Caractérisation

Le mot «Alcaloïde» est pratiquement synonyme du mot «drogue» 10 des 20 drogues qui ont

pour origine une plante et qui sont commercialement les plus importantes (morphine et codéine ... etc) (Balandrin et al., 1985).

-Classification des Alcaloïdes

Les alcaloïdes forment un grand nombre de familles très hétérogènes des métabolites secondaires représentant un intérêt de par leurs propriétés pharmacologiques et leur application dont le rôle biologique des alcaloïdes est essentiellement celui de phogodéterrants : leur amertume et leur toxicité repoussent les herbivores (Guignard, 2000).

Tableau 02 : Les principales classes d'alcaloïdes (Hopkins, 2003).

Classe d'alcaloïde Exemple Autre composés

Quinoléine Quinine

Iso quinoléine Papavérine Morphine, codéine, berbérine

Indol Vindoline Vinbalastine,réseprine

Purrolizidine Sénécionine Rétro sine

Quinolizidine Lupinine Cytizine

Tropane Atropine Scopolamine, cocaïne

Pi péri dine Nicotine Coniine

Purine Caféine

'

6 !

Chapitre/ _{Métabolisme secondaire}

1.2.2.2.2 Les terpènes

-Caractérisation

Les terpènes sont des substances généralement lipophiles qui dérivent d'une entité simple à cinq atomes de carbone. La famille des terpènes comprend des hormones (gibbérellines et acide abscissique ), des pigments caroténoïdes (carotène et xanthophylle) des stérols ( ergosérol, cholestérol), des dérivés de stérols (par exemple des hétérosides digitaliques), le latex (qui est à

la base du caoutchouc naturel), ainsi qu'une grande partie des huiles essentielles qui confèrent

aux plantes leur parfum ou leur goût (Hopkins, 2003).

Les terpènes peuvent être considérés comme des dérivés de !'isoprène : ce sont des isoprènoides (Guignard, 2000).

-Classification des terpénoides

Selon le nombre d'unité isopréniques qui les constituent on distingue : les terpènes proprement dits ou monoterpènes en C 10, les sesquiterpènes en _{C 15,} les diterpènes en _{C 20}, les

triterpènes en C30, les tétraterpènes en _{C 40}, et les polyterpènes , les caroténoides sont des

tétraerpérpènes (Guignard, 2000).

Tableau 03 : Les principales classes de terpénoïdes (Hopkins,2003).

Nombre de carbone Classe Exemple

5 Hemiterpenoïde Acide tiglique (geranium)

10 Monoterpenoïde Géraniol (pelargonium)

10 Monoterpenoïde cyclique Menthol (essence de menthe)

15 Sesquiterpenoïde Farnésol (très répandu)

20 Diterpenoïde Phytol (chlorophylle)

30 Triterpenoïde Squalène (précurseur de

stéroïde)

30 Triterpenoïde Stigmastérol

40 Triterpenoïde B-carotène

Chapitre/ Métabolisme secondaire 1.2.2.2.3 Les composés phénoliques

-Caractérisation

Les composés phénoliques sont en effet des éléments importants, de qualités sensorielles (couleur; astringence) et nutritionnels des végétaux que consomme l'homme et leur intervention dans la santé est maintenant reconnue dans des domaines variés (Manchado et Cheynier, 2006 ).

*Les Coumarines

Constituent un groupe de lactone largement répondu, la coumarine donne au foin fraîchement coupé son odeur douceâtre caractéristique. La coumarine est également un composant de l'huile de bergamote, qui est utilisé pour parfumer le tabac de pipe, le thé et d'autres produits (Hopkins, 2003).

*La lignine

La lignine est après la cellulose, la substance organique la plus abondante sur la terre. Le passage des végétaux de la vie aquatique à la vie terrestre est étroitement lié à l'évolution de la biosynthése de la lignine. Les parois cellulaires lignifiées peuvent être comparées à du béton armé (Luttge , 1996).

*Les flavonoïdes

Sont des dérivées du phénylpropane avec une composition de base C6-C3-C6. Il existe environ douze groupes connus de flavonoïdes qui différent les uns des autres que par l'état d'oxydation du noyau hétérocyclique.

Les flavonoïdes comprennent les pigments autocyaniques qui attirent les insectes pollinisateurs et les isoflavonoïdes qui ont une fonction de phytoalexine (Hopkins, 2003).

*Les Tannins

Le terme tannin provient d'une pratique ancienne qui utilisait des extraits des plantes pour précipiter les protéines et transforment ainsi des peaux animales en cuir (Hopkins, 2003 ; Nultsch, 1998). On distingue deux catégories de tannins :

- . Les tannins condensés : sont des polymères d'unités flavonoïdes reliés par de liaisons fortes carbone-carbone.

----. Les tannins hydrolysables leur structure de base est constituée d'un glucide, habituellement le glucose dont un radical hydroxyle forme une liaison ester avec l'acide gallique,

. ---- ' 8

Chapitre/ Métabolisme secondaire les résidus d'acide gallique se lient entre eux pour former un grand polymère réticulé (Hopkins, 2003). Groupe phényle

~

Phenyl ring Anneau aromatique

--V

-~

Groupe-OH acide

OH «Acidic" hydroxyl phenolic group or phenolic group Phenol

Figure 03: Structure d'un groupe phénol (Hopkins, 2003). -Classification

Les composés phénoliques forment une grande famille de composés chimiques très divers depuis le simple acide phénolique jusqu'aux grandes polymères complexes que sont par exemple les tanins et la lignine, et font également partie las flavonoïdes (Hopkins, 2003).

9 - i

! 1

Chapitre I Métabolisme secondaire

Tableau 04 : Les composés phénoliques les plus importants et groupe de substances Correspondant (Gerhard, 1993).

Groupe de substance Caractéristique structurelles

Phénols simples Structure en C6C2 , ou C6 à la suite de la

dégradation de chêne latérale Acides phénolcarboxyliques Structure en C6C3 unique ou répétée Autre phénols substitués Structure en C6C2 , C6C1 ou C6 des unités

isoprène complètent la structure Poly prény lqnuinones anthraquinones

Flavonoïdes Structure en C6C3C6; chaînes latérales allongées par des unités additionnelles en Stilbénes Structure en _C6C2C6; un carbone de la

chaîne latérale est associé au second

1.2.2.2.4 Les huiles essentielles -Caractérisation

La norme AFNOR NFT 75-006 (Février 1998) a donné la définition suivante d'une huile essentielle : «Produit obtenu à partir d'une matière première végétale soit par entrainement à la vapeur, soit par des procèdes mécaniques soit par distillation sèche».

Les huiles essentielles sont des liquides à température ambiante, les huiles essentielle sont volatiles rarement colorées, elles vieillissent et s'oxydent, il convient de les conserver à l'abri de la lumière et de l'aire. Leur densité est en générale inférieure à celle de l'eau, sauf quelques exceptions,

exemple l'huile essentielle de girofle. Elles ont un indice de réfraction élevée, solubles dans les solvants organiques usuels, elles sont liposolubles, entraînables à la vapeur d'eau, elles sont très peu solubles dans l'eau.

La Toxicité chronique des huiles essentielles est assez mal connue ; on manque aussi de données sur leurs éventuelles propriétés mutagènes, tératogènes ou cancérogènes (Bruneton , 1999).

On utilise les huiles essentielles dans des multiples domaines telle que : -Pharmacie et cosmétique,

aromathérapie et industrie agro-alimentaire

Chapitre/ _{Métabolisme secondaire}

1.3. Biosynthèse des métabolites secondaires

Bien que les produits du métabolisme des plantes soient souvent classés en métabolites primaires et secondaires, la distinction entre les deux n'est pas facile. Du point du vue de leur biosynthèse métabolites primaires et secondaires ont en commun certains intermédiaires et dérivent de mêmes voies métaboliques.

Les voies de l'acide mévalonique et de l'acide shikimique sont les deux voies métaboliques importantes qui produisent à la fois des métabolites primaires et secondaires.

La voie de l'acide mévaloniques produit deux composés à 5 atomes de carbone, l'isopentenyl di phosphate et diméthylallyl di phosphate qui sont à la base de la famille des terpenoides (figure04). La voie de l'acide shikimique produit des acides aminés aromatiques : La phénylalanine, la tyrosine et tryptophane qui sont tous les trois des métabolites primaires nécessaires à l'accomplissement de la synthèse protéique. La désamination de la phénylalanine en acide cinnamique, catalysé par la phénylalanine ammonialyase détourne effectivement du carbone du métabolisme primaire pour l'orienter vers la synthèse d'une foule de métabolites secondaires comme les coumarines, la lignine,

les tannins. Les flavonoïdes et les iso flavonoïdes qui trouvent leur origine dans des acides phénoliques simples. D'autres métabolites secondaires intéressants et utiles comprennent les saponosides (hétérosides terpéniques) les hétérosides cardiotoniques, les hétérosides cyanogènes, et les glucosinolates sont formés par la condensation d'une molécules de glucide avec de groupement hydroxyls des stéroïdes ou d'acides aminés. Les alcaloïdes forment un groupe hétérogène de composés azotés, ils sont formés à partir des acides aminés aromatiques et aliphatiques (Hopkins, 2003).

c--,

Chapitre! Métabolisme secondaire

COOH

OH H

COOH

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OA""

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CH.

OÀCOOH

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OH

Shtkimnle·J·P

-ate

Fig04 : La voie du shikimate et la biosynthèse de chorismate (René et al., 1998).

~-·-12

Chapitre II pollution atmosphérique par les métaux lourds 11.1. Définition de la pollution atmosphérique:

La pollution atmosphérique est une des premières préoccupations sociales en matière d'environnement. Les métaux émis dans l'air s'accumulant dans la biosphère et n'étant pas biodégradables, ces derniers peuvent se retrouver transférés le long de la chaine alimentaire et provoquer d'éventuels effets sur la santé humaine et les écosystèmes. (Sandrine Gombert et al., 2002).

L'atmosphère est le compartiment le plus important pour le transport des polluants (Bliefert et Perrand, 2001).

La loi sur l'air est l'utilisation rationnaire de l'énergie du 30 décembre 1996 définit la pollution du l'air comme introduction par l'homme, dans l'atmosphère et les espaces clos, de substance présentant des risques pour la santé, les écosystèmes, d'influer sur le climat, de détériorer les bien matériels de provoqué des nuisances olfactives (loi 96-1236 du 30 décembre 1996 intégrée au code de l'environnement-LAURE).

La pollution de l'air est le transfert de quantités nocives de matériaux naturels et synthétiques dans l'atmosphère, conséquence direct ou indirecte de l'activité humaine (Machenzi et al., 2000).

Cette pollution peut résulter de l'introduction de substance nouvelle dans l'air, ou (cas le plus fréquent) des rejets de composés déjà émis par la nature (volcanisme, activité biologique des sols, des océans, des végétaux, ... ) (Chudzynski et al., 2002)

Les polluants de l'air émis par l'homme résultent d'un grand nombre d'activités regroupées en deux catégories: les sources fixes de pollution (chaudières et foyers de combustion, activités industrielles, domestiques, agricoles, .... ) et les sources mobiles (trafic automobile, avions, etc., ... )

(Thomasson et al., 2001).

11.2. Classification des polluants atmosphériques

Il existe deux grandes classes de polluants : les polluants primaires qui sont émis directement des sources anthropiques, et les polluants secondaires qui proviennent de la transformation chimique des polluants primaires dans l'atmosphère (Degobert, 1992).

13

Chapitre II pollution atmosphérique par les métaux lourds 11.2.1.Les polluants primaires

• l'anhydride carbonique C02

L'anhydride carbonique ou dioxyde de carbone (C02) est le produit de la combustion de tous les combustibles carbonés. Le C02 déclenche des effets dont le degré varie selon sa concentration. Par exemple, il conduit à l'apparition de l'asthme et le syndrome des bâtiments lorsque sa concentration est de l'ordre 1000 ppm (0,1%). Il augmente le débit respiratoire quand sa concentration dans l'air est de 5% et il conduit à la mort pour des concentrations de 10% (anonyme).

• le dioxyde de soufre S02

Ce gaz est émis par les centrales thermiques après la transformation chimique du soufre qui se trouve à l'intérieur des combustibles (charbon et fuel) lors des réactions de combustions. Il est considéré comme le traceur de la pollution industrielle.

Une association significative entre l'exposition au S02 et les symptômes respiratoires est relevée dans la plupart des études (Degobert ,1992).

• les oxydes d'azotes

Source d'émission: combustion, moteurs à explosion et l'industrie nucléaire ,Les oxydes d'azotes englobent toutes les oxydées de l'azote. Elles sont exprimées par NOX. Parmi les composants essentiels de cette famille il y ale monoxyde d'azote NO. Ce dernier se forme dans les moteurs des voitures par la combinaison entre l'azote et l'oxygène de l'air sous l'effet de haute température.

Il y a aussi le N02 (gaz aux propriétés fortement oxydantes)qu'on retrouve principalement dans les zones urbaines liées au trafic automobile. Il existe un lien entre l'exposition au N02 et les symptômes respiratoires (Ramade, 2000).

• le plomb

Les véhicules à essence sont les principales sources du plomb. A ceux -ci s'ajoutent les conduits à plomb, les peintures des maisons, le rouge à lèvre ... etc.

• Les composés organiques volatiles ou COV

Les COV sont les composés organiques qui restent dans l'atmosphère pendant un temps suffisamment long pour participer à des réactions photochimiques (Degobert, 1992).

! 14

Chapitre II pollution atmosphérique par les métaux lourds

Les COV sont produits essentiellement par les processus de combustion et de vaporisation. Les concentrations des COV sous forme gazeuse sont plus élevées aux concentrations des COV sous forme particulaire. Les principaux sous groupes de la famille des COV sont:

• les hydrocarbures aromatiques polycycliques(HAP)

Certains HAP sont considérés dangereux pour la santé car ils sont cancérigènes.

Les HAP sous forme gazeuse sont émis par les gaz d'échappement des véhicules à essence. C''est des HAP légers (Degobert , 1992).

• Les BTEX

Les BTEX (benzène, toluène, l' éthylbenzène et les xylènes) sont des hydrocarbures

monocycliques aromatiques.

• les polychlorobiphényles (PCB)

Les polychlorobiphényles sont une famille de composés chimiques organiques inertes appelés composés carbonés chlorés.

• les CFC-chlorofluorocarbures

Elles forment les agents destructeurs de la couche d'ozone, et se caractérisent par une longue durée de vie.

11.2.2.les polluants secondaires

L'ozone forme l'exemple courant des polluants secondaires. Il est la forme allotropique de l'oxygène et il se trouve à la fois dans les couches élevées de l'atmosphère (ozone stratosphérique) et dans les basse couches de l'atmosphère (ozones troposphériques).l'ozone stratosphérique est source de vie car il protège les étres vivants contre les effets. (Droy et Leroy, 2000). Le tableau 05 donne la classification selon sources de polluant atmosphérique.

15 .

~

Chapitre II pollution atmosphérique par les métaux lourds

Tableau 05: Classification usuelle des sources de polluants Atmosphérique (Jean et Lucien, 1988).

- Roches

Sources naturelles -Volcans.

-Organismes vivants. -Matière en décomposition.

Stationnaires -Installation de production d'énergie.

Sources -Equipements industriels.

artificielles -Installations de traitement des déchets.

-Entreprises artisanales.

Mobiles -Véhicules automobiles

- aéronefs

- Bateaux

Le tableau 06 de juste, 2007 résume la classification des polluants atmosphérique selon la nature, le

type et la source

Tableau06: types et sources des polluants (Just, 2007)

Polluants primaires et 1 Polluants de l'air intérieur et 1 Polluants

secondaires extérieur particulaires

gazeux et

Primaires: polluants émis 1 Polluants de l'air intérieur 1 Gazeux: S02, 0₃,NOx,CO,

directement dans 1 Sources: combustion (liée aux 1 COV.

l'atmosphère (ex: NO, N02, activités de cuisine, de 1 Particulaires:

S02, CO, PM.) chauffage ... ) produits: CO, Grosses particules: taille>lO mm

Secondaires: polluants qui C02,COV( ex:aldéhydes, Particules fines: taille<l 0

résultent de réactions benzènes ... ), N02,particules mm(PMlO) et<2,5 mm (PM2,5).

chimiques entre différents fines Particules ultrafines ou

polluants (ex: 03 ). Polluants de l'air extérieur nanoparticules: taille<0,1 mm

Sources : activités industrielle,

commerciale, automobiles, urbaine, agricole Produits : S02, 03, NOx, CO, particules, COV 16 i 1

.J

'---'~

Chapitre II pollution atmosphérique par les métaux lourds

11.4.Accumulation des polluants dans l'atmosphère

• Les transformations chimiques des polluants

L'atmosphère se constitue de couche gazeuse et des polluants permettant les réactions chimiques parce qu'eux même possèdent des propriétés chimiques qui leur permettent de réagir entre eux. Les réactions de base dans l'atmosphère sont: La photo-oxydation du NO, La photo-oxydation du CO, La photo-oxydation du CH4.

Ces réactions s'effectuent en présence de la lumière et sont catalysés par le radical OH. La photo-oxydation du NO: La réaction d'oxydation du NO en N02 est couplée à la réaction d'oxydation d'hydrocarbures, les agents de réaction sont des radicaux oxydant présents dans

l'atmosphère en faible quantité. Ces radicaux initialisent les réactions et sont régénérées en fin de la chaine de telle sorte que leur concentration reste constante :

NO+COD +02+0H .,. aldéhyde +N02+0H

N02+hV+02 N0+03

Les réactions photochimiques entre les oxydes d'azote, COV et radicaux et la formation de l'ozone sont appelées cycle troposphérique (Masclet.P .2005).

Les réactions suivantes montre quelques type de photo-oxydation de quelques polluants:

• La Photo-oxydation du CO. Etape 1: OH +CO --.C02+H Etape 2: H+02 ----• H02 Etape 3: NO +H02 ---+- N02+0H Etape 4: N02+hv _ _ . NO+O 0+02--+ 03

La photo-oxydation du CO engendre également l'ozone.

• La photo-oxydation du CH4

La photo-oxydation du méthane conduit également à la formation de l'ozone selon les réactions suivantes:

Chapitre II pollution atmosphérique par les métaux lourds

Etape 1: OH+CH4 ---+ CH3+H20

Etape 2: CH3+02--. CH3Ü2

Etape 3: CH302+NO ---+ CH30+N02 (photolyse) ---03

Les réactions chimiques au dessus contribuent à la transformation des polluants primaires en polluants secondaires tell que l'ozone.

• L'inversion thermique

Il existe au niveau de l'atmosphère une couche nommée boite atmosphérique ou couche de mélange au niveau de laquelle les polluants se diluent. Dans les conditions normales, la couche du mélange s'étend du sol jusqu'à la troposphère libre. Dans certaines conditions, il se produit, en altitude une inversion de température, l'air est bloqué sous la couche d'inversion, cette dernière empêche la dispersion des polluants (figure 05).

Condition de pollution Condition normales

Altitude

Inversion

T°C

Figure 05: inversion de température et polluant (Masclet, 2005).

11.5.Les émissions et la déposition atmosphérique

Les émissions désignent généralement la présence des polluants dans l'air, le concept émission a été défini comme l'attaque d'un volume d'air spécifique par des substances étrangères et l'air ainsi pollué engendre des effets néfastes sur l'environnement qui l'entoure et sur les êtres vivants (Günter F, 2000). Les émissions sont exprimées en µg/m3 pour les gaz et les particules en suspension (aérosol) et en µg/m3 pour les gaz et les particules en suspension (aérosol) et en µg/m3 pour les poussières et les particules en sédimentation. Elles sont mesurées par des appareils de mesures qui sont inclus dans des zones spécifiques. Les résultats ainsi obtenus par ces stations de mesures permettent de voir l'état de la pollution atmosphérique dans une région donné et pendant une période de temps fixée. Durant la mesure des polluants, la concentration doit être inférieure à

Chapitre II pollution atmosphérique par les métaux lourds des valeurs limites; si elle les dépasse elle provoque des effets indésirables sur l'homme et sur son environnement. (anonyme).

Contrairement aux émissions, la déposition désigne la disparition des polluants de l'air. Les deux processus principaux par lequel les polluants quittent le compartiment atmosphérique sont dépôt sec et humide.

11.5.1. La déposition sèche

La déposition sèche correspond au transfert des polluants de l'atmosphère vers un autre réservoir (sol, les eaux, végétation, ... ) par des processus sec comme par exemple la sédimentation et la diffusion (anonyme)

11.5.2. La déposition humide

La déposition humide correspond au transfert des polluants de l'atmosphère vers le sol ou un autre réservoir aux moyens des précipitations. Les deux processus qui contribuent aux dépôts humides des polluant sont: Le rain-out et le Wash-out, par ces deux mécanisme, la pollution est beaucoup plus faible, l'atmosphère est purifiée mais les réservoirs tels que le sol et les eaux de surface deviennent polluées. (anonyme)

11.6. Cas particulier de la pollution par les métaux lourds Introduction

L'histoire des métaux lourds n'a pas été écrite. Et pourtant ils paraissent étroitement liés à la civilisation, l'or, l'argent et le cuivre ont permit de fabriquer les premières pièces de monnaie. Sans métaux lourde, il n'y aurait pas eu de distribution d'eau potable à Rome par les canalisations en plomb, ni peintures, car les peintures anciennes ont résisté au temps grâce aux métaux incorporés aux pigments, ni vitraux dans les cathédrales, ni miroirs, ni miroirs, ni étames d'un amalgame d'tain et de mercure ... .l'homme a utilisé les métaux lourds et continue à les utiliser parfois avec excès, souvent avec inconscience on pire, en toute conscience.

Si les métaux lourds on fait la civilisation moderne, peuvent aussi la défaire, car ces métaux lourde sont aussi des toxiques puissants (Joris, 2005).

11.6.1. Définition des métaux lourds

Les éléments traces métalliques sont généralement définis comme des métaux lourds. On appelle métaux lourds tout élément métallique naturel dont la masse volumique dépassent 5 g/cm3. En

- - - - ,

20

Chapitre II pollution atmosphérique par les métaux lourds toxicologie, ils peuvent être définis comme des métaux à caractère cumulatif (souvent dans les tissus graisseux) ayant essentiellement des effets très néfastes sur les organismes

vivants. En nutrition et en agronomie, ils peuvent même être assimilés à des oligo-éléments indispensables à certains organismes, en particulier par leur action catalytique au niveau du

métabolisme.

Dans les sciences environnementales, les métaux lourds associés aux notions de pollution et de toxicité sont généralement : l'arsenic (As), le cadmium (Cd), le chrome(Cr), le cuivre (Cu), le mercure (Hg), le manganèse (Mn), le nickel (Ni), le plomb (Pb), l'étain (Sn), le zinc (Zn). (Naseem et al ., 1999).

11.6.2.0rigine des métaux lourds

La plupart des métaux et métalloïdes se trouvent dispersés dans la nature dans les roches, les filons de minerai, le sol, l'eau et l'air; leur distribution est hétérogène, les teneurs sont généralement basses dans le sol, l'eau et l'air. Ces niveaux peuvent augmenter par des phénomènes géologiques comme le dégazage qui relargue 25000 à 125000 tonnes de mercure par an; les activités humaines comme l'extraction minière du mercure y contribuent pour environ lOOOOtonnes par an. Il est à notre que les teneurs en métaux et donc probablement l'exposition humaine-sont les plus fortes aux sites où s'exercent les activités industrielles (Frank, 1992).

• Origine géogène

Dans les conditions naturelles, les métaux lourds existent déjà à l'état de traces dans le sol qui proviennent directement de l'altération et de l'érosion des roches mères et des matériaux géologiques (Frank, 1992).

• Origine anhtropogène

Selon Baize (1997), il arrive que les teneurs en éléments trace de certains sols, seraient exceptionnellement élevée, et résulteraient des différents activités humaines:

*Activité agricole d'épandage et d'amendement agricole comme les engrais, phosphates, déchets d'élevage, compost .... etc.

*Activité industrielle, fonderies, incinération d'ordures, industries de transformation des métaux; activité urbaine, processus de combustion, trafic routier .... etc.

21

Chapitre II _{pollution atmosphérique par les métaux lourds}

11.6.3.Mobilité et biodisponibilité des éléments traces:

La mobilité des ET est définie comme leur aptitude à être transférés vers des compartiments où ils sont de moins en moins énergiquement retenus, le compartiment ultime étant représenté par la solution du sol. (Sandrine Gombert et al.,2005)

La solubilité des éléments traces détermine leurs mobilités dans le milieu et leurs disponibilités pour les êtres vivants. Si l'élément trace est soluble, il va passer dans les nappes ou dans la plante; s'il est insoluble, il va rester dans le sol (figure 06). (Miquel, 2001)

Les variations des conditions du milieu modifient la distribution des ET entre les phases constitutives du sol.

La biodisponibilité est l'aptitude d'un élément trace à être transférée à la plante (Miquel, 2001). Il est certain que la connaissance de la teneur totale en un élément ne permet pas de se faire une bonne idée du risque pour la chaine alimentaire et l'environnement. Ainsi elle est une donnée

relativement accessoire si ce n'est pour déterminer le danger global, l'important est de déterminer la

fraction biodisponible, c'est-à-dire la partie accessible au végétal ou à la mobilisation vers les ressources en eau, cependant les teneurs totales sont les plus faciles à obtenir analytiquement et les moins contestables en matière d'interprétation, à la différence des extractions sélectives avec tel ou tel réactif (Baize, 2000).

(a)

Statut du métal

..,. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Métal total

Métal dans

la solution

Métal dans la phase solide

(

_IONS

_~IBRES 1 _{~ ~} 1 1 1 1 (b)

Mobilité du métal :

1

Ion

s

solubles

1 1 l 1 1 1

: Faible1nent:

absorbés

Métal

désorbé

durant la

culture

Métal disponible

Métal insoluble

Ions non disponibles pour

les pl

a

n

t

es

Métal non disponible

...

7"'

..

r'

Figure 06: Schéma illustrant la mobilité des métaux lourds (D'après Shallari, 1997).

Chapitre II pollution atmosphérique par les métaux lourds

11.6.4.Les sources des métaux lourds

Si la plupart des métaux sont présents naturellement à l'état de trace dans le fond géochimique (sols, eaux), des quantités plus ou moins importantes sont également émises dans l'air par des

sources d'émission naturelles ou liées aux activités humaines. On distingue deux catégories

principales de sources atmosphériques de métaux. (Gombert et al., 2005).

Selon Gombert (2005), les sources d'origine naturelle sont: -les volcans (As, Ni, Hg, Zn)

-l'érosion de la croute terrestre (Al, As, Cr, Fe, Ni, V) -les feux de foret (Zn),

-les émissions biogéniques issues de la végétation (Hg, Mo, As, Cd, Cu, Mn, Pb, Zn),

- les embruns marins (Hg, Na); (Gombert et al., 2005).

Solen le même auteur, les sources anthropiques sont liées à l'industrie, au transport et à l'agriculture, notamment:

-la combustion de combustibles fossiles (pétrole et charbon dans l'industrie, le chauffage et les transports: As, cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn),

-l'extraction de minerais (As, Fe, Ni, V),

-la métallurgie (industrie du fer et de l'acier: Pb, Cd, Ni; et des métaux non ferreux: As, Cd) -l'incinération des déchets ménagers (Hg, Pb, Cd),

-et les engrais et pesticides (Cd, As, Hg).

A l'échelle mondiale, les émissions d'origine anthropique dépassent dorénavant les émissions

d'origine naturelle pour bon nombre d'éléments tels que le plomb, le cadmium, le zinc, l'arsenic et

le mercure. Le tableau 07 présente quelques exemples de sources industrielles et agricoles d'où peuvent provenir les métaux présents dans l'environnement.

23

Chapitre II _{pollution atmosphérique par les métaux lourds}

Tableau 07: Sources industrielles et agricoles des métaux présents dans l'environnement (Biney et al., 1991)

Utilisations

.Mètall.l: Batterie.s et autres appareils _{Cd, Hg, Pb, Zn.}

Nin, Ni,

électriques

Pigments et peintures Ti, Cd, Hg, Pb, Zn. 1'.fa, Sn, Cr, Al. As. Cu,

Fe

Alliages et soudures

Cd, As, Pb, Zn, l'v1n. Sn, )li, Cu

Biocides (pesticides, herbicides,

As. Hg, Pb. Cu, Sn, Zn, lv1n conservateurs) Agents de catalyse _{~i, Hg, Pb, Cu, Sn} Verre A.s, Sn, 1'.fa Engrais _{Cd. Hg. Pb. Al As, Cr, Cu, Mn, Ni, Zn} Matières plastiques Cd,Pb

Produits dentaires et cosmétiques

Sn, Hg Te.xiiles Cr, Fe, Al Raffineries ~i, V, Pb, Fe, :Mn, Zn Carburants Ni, Hg. Cu, Fe, l\>1n. Pb. Cd

11.7. Les effets de la pollution atmosphérique

Les polluants présents dans l'air détériorent sa qualité, il devient toxique sur les poumons et quand les polluants disparaissent de l'air tombent sur le sol et donc agissent sur les plantes.

11.7. 1.Effets sur l'environnement

Les dépôts d'origine atmosphérique sont, pour les écosystèmes naturels, une charge supplémentaire par rapport aux teneurs naturels du fond géochirnique (sols, eaux). L'exposition à une pollution atmosphérique par les métaux lourds est connue pour provoquer des effets dommageables, à court ou à long terme, aux systèmes vivants (écosystèmes terrestres et aquatiques) ou inertes (patrimoine bâti, matériaux). Mais ces effets sont difficiles à quantifier puisqu'ils se produisent sur des systèmes présentant des seuils de vulnérabilité variables. D'après Gombert _et ses collaborateur (2002), les effets toxiques des métaux lourds dépondent de leur dose

(à

l'exception du plomb, cadmium et mercure toujours toxiques) et de leur forme chimique.ces effets sont multiples

i

24 .

Cltapitre II pollution atmospltérique par les métaux lourds

chez les végétaux et les animaux, et se traduisent par exemple par une diminution de la fonction de

reproduction (chrome), des baisses de croissance, de productivité (arsenic, cadmium, vanadium),

une apparition de chloroses (nickel), ou encore des troubles neurologiques, digestifs,

cardiovasculaires, ou rénaux (mercure). Dans les systèmes terrestres, les métaux s'accumulent dans les sols et peuvent contaminer les cultures. Néanmoins, les effets des métaux lourds sur les écosystèmes ne peuvent pas toujours être bien établis en raison de l'émergence d'organismes résistants ou adaptés.

11.7.2. Effets sur la santé humaine

À court et à long terme, les métaux sont connus pour leurs effets sur la sante humaine. Parmi les voies de pénétration dans l'organisme, l'inhalation est le principal mode de contamination, les particules les plus fines chargées en métaux pouvant pénétrer plus profondément dans les vois respiratoires .Par ingestion, les métaux vont s'accumuler dans le corps humain (sang, foie, reins et os) ou certains d'entre eux ne sont que très lentement éliminés. Les métaux ont des effets aigus sur la physiologie, ce qui entraine notamment des perturbations des systèmes respiration, digestif et rénal, et provoque des troubles neurologiques graves ou des lésions de la peau.

Chez l'homme, comme chez les autres organismes vivants, la toxicité des métaux varie en fonction des éléments métalliques, de leur mode de pénétration dans l'organisme, et de leur forme (Sandrine Gombert et al ., 2002)

11.7.3.Effet de la pollution sur les végétaux

11.7.3.1.Effet sur le système foliaire et la photosynthèse

De nombreux polluants atmosphériques exercent des effets toxiques sur les parties aériennes des végétaux et plus particulièrement sur le système foliaire et certains sur les méristèmes.

L'impact d'un polluant toxique sur la photosynthèse peut résulter en réalité de nombreux processus. Certains proviennent de l'action directe de ce dernier sur l'appareil e, 2photosynthétique, qui conduit soit à une inhibition des réactions photosynthétiques, soit méme à une destruction pure et simple de l'appareil chloroplastique (Ramade, 2000).

II. 7 .3.2.effet sur le système racinaire

De nombreux polluants agissent sur le système racinaire en perturbant l'absorption de l'eau et des nutriments et au-delà, en induisant des altérations voir des lésions nécrotiques des radicelles.

Chapitre II pollution atmosphérique par les métaux lourds

Un des cas les mieux documentés est celui des effets des pluies acides sur le chevelu racinaire des

arbres forestiers. En effet, l'acidification de la solution du sol par les acides forts contenus dans ces

pluies met en solution l'aluminium contenu dans les argiles. Cet élément, hautement toxique, en

particulier pour les plantes, provoque la nécrose du système racinaire dont résulté un dépérissement de la végétation ligneuse (Ramade, 2000).

11.8. l'élément considéré dans l'étude ph 11.8.1. Historique

Le plomb est un métal exploité depuis 5000 ans, son utilisation est directement liée à la métallurgie. Avec

deux pics notables: sous l'empire romain pour la production de la monnaie, les canalisations et la vaisselle ;

et pendant la révolution industrielle pour l'industrie, l'imprimerie, les peintures et les carburants automobiles

qui sont aujourd'hui à l'origine de sa large diffusion. (Chiffoleau et al., 2001).

11.8.2. Définition du plomb

Le plomb est par ordre d'importance le 36eme élément constituant l'écorce terrestre. Il est l'un

des métaux les plus anciennement et les plus largement utilisé par l'homme. Sa toxicité est connue

depuis l'antiquité et elle est toujours d'actualité

Le plomb peut se trouver dans l'eau, les sols et l'air ; lors de la corrosion des tuyauteries en

plomb des systèmes de transport d'eau, suite à des rejets industriels et à cause de son utilisation

dans les essences. Le plomb ne peut être détruit, il peut seulement changer de formes (Boulkrah,

2008).

11.8.3.propriété physico-chimique du plomb

Elément chimique métallique d'un gris bleuâtre, de symbole Pb et de numéro atomique 82,

rarement disponible à l'état natif, le plomb est très souvent associé au zinc dans les minerais, Le

principal minerai du plomb est la galène (Pbs) très souvent associée à la blende et à la pyrite

(Chiffoleau et al., 2001).

Le plomb est mou, malléable, il a une faible conductivité électrique.

Ce métal est lentement dissous par l'acide chlorhydrique, beaucoup plus rapidement par l'acide

nitrique et est solubilisé par les acides organiques (acide acétique, aliments acides et par l'eau

contenant du citrate et des sels d'ammonium).

Le plomb possède un rayon ionique et une charge de valence, identique à celle du calcium. Cette

analogie structurale, est à l'origine des interactions avec le calcium. (Chiffoleau et al., 2001).

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Chapitre II _{pollution atmosphérique par les métaux lourds}

11.8.4. Les sources naturelles et anthropiques du plomb

Le plomb (Pb) est un polluant environnemental que l'on retrouve dans les sols et l'atmosphère, en particulier au voisinage des sites industriels.

Le plomb est principalement utilisé dans les batteries électriques, son utilisation comme additif antidétonant dans les essences, de la sidérurgie, des industries de décapage et de traitement des métaux, de l'incinération des déchets, de la combustion du bois, des cimenteries et des industries de fabrication des accumulateurs.

En milieu marin, il arrive majoritairement par les apports atmosphériques et le lessivage des zones urbanisées (Pichard et al., 2003) .

11.8.5.devenir dans l'organisme et toxicité du plomb

Le plomb existe principalement sous forme inorganique. L'ingestion est la voie d'exposition principale du plomb. Le taux d'absorption est compris entre 5 et 10% chez l'adulte, il est de 20% chez l'enfant et de 50% chez l'enfant de moins de 2 ans.

Après absorption, le plomb passe facilement dans l'organisme, après quelque semaines 90% du plomb conservé dans l'organisme est stocké dans les os (Links et al, 2001) ou dans les dents ou il peut rester des dizaines d'années s'il n'est pas remobilisé (grossesse, lactation, vieillesse) de même certaines pathologies (ostéoporose, fracture) pourraient entraîner une mobilisation intense du plomb osseux.

Le plomb sanguin représente 2% de la quantité présente dans l'organisme. Sa demi-vie biologique chez l'adulte est de 20 à 30 jours. Le plomb qui n'est pas stocké est éliminé par les urines ou les fèces.

La consommation des produits de la mer (poissons frais, crustacés et mollusques représente 3 à 11 % de l'apport en plomb via l'alimentation.

L'intoxication du pb est très rare par contre la toxicité chronique peut avoir sort des effet systémiques ou cancérogènes. (Links et al, 2001)

• Effets systémiques

Le plomb est un toxique cumulatif dont l'intoxication à long terme est le saturnisme, dont une manifestation aigue est la colique du plomb. Il modifie le fonctionnement cellulaire en perturbant différents processus physiologiques. Il peut ainsi provoquer l'anémie sanguine, des effets rénaux (insuffisance rénale). Il possède des effets sur les systèmes nerveux central (retard de développement, irritabilité, troubles du sommeil, perte de mémoire, ... ) et à long terme sur la fertilité.

Les effets du plomb sont généralement amplifiés chez le fœtus et l'enfant.

(Nakib,

2010). • Effets cancérigènes