Chrome / Cr (HU) : Différence entre versions

Version du 2 septembre 2022 à 17:50

Traduction anglaise : Chromium

mot en chantier

Dernière mise à jour : 02/09/2022

Métal de transition de symbole Cr et de numéro atomique 24, gris brillant et dur, dont la principale particularité est de résister au ternissement et à la corrosion.

Nature et différentes formes physico-chimiques

Le chrome est relativement abondant dans la croute terrestre (teneur moyenne de 100 g/t). Plus de 40 minéraux contenant du chrome ont été identifiés, mais on l'exploite essentiellement sous la forme de chromite (FeCr₂O₄), forme la plus abondante, dans laquelle il est associé au fer. En dehors de la forme métallique, le chrome peut en théorie se trouver sous 9 états d'oxydation, les plus courants allant de +2 pour le chrome II, à +6 pour le chrome VI. Les formes les plus communes sont le chrome III, ou chrome trivalent, et le chrome VI, ou chrome hexavalent, qui est un puissant oxydant. Les états +4, ou chrome IV, et +5, ou chrome V, sont plus rares. Le chrome II, également rare, est réducteur.

Le chrome III est la forme la plus stable et c'est sous cette forme qu'il apparaît dans les roches naturelles. Il constitue un oligo-élément essentiel pour le métabolisme du sucre chez l'être humain même si le mécanisme d'action reste inexpliqué.

Le chrome VI, deuxième état le plus stable, est rare à l’état naturel. Les chromates (CrO₄^2-) et les dichromates (Cr₂O₇^2-), qui sont les formes les plus souvent observées dans l’environnement, proviennent donc essentiellement des rejets industriels ou des eaux usées domestiques (Barnhart, 1997).

Sources et concentrations moyennes

Différentes sources de chrome dans l'environnement

Le chrome est surtout connu pour son rôle dans la fabrication d'aciers chromés ou inoxydables mais on l'utilise également sous forme de colorant ou de pigment (peinture, verre, céramique, etc.) ou de catalyseur. Les sels de chrome VI sont utilisés comme conservateurs dans l'industrie du bois ou comme agent tannant.

En 2013, au niveau mondial, environ 30 000 tonnes de chrome métal ont été produites et la capacité de production en France est de 7 000 tonnes (Brignon & Gouzy, 2015). En 2012, l’industrie française a utilisé 12 000 tonnes de minerais de chrome et 6 000 tonnes de composés du Cr VI. Le chrome est donc largement présent dans notre environnement moderne et les quantités de chrome détectées dans les sols ou dans l'eau sont principalement dues à des émissions d'origine anthropiques. En France, les émissions atmosphériques totales de chrome ont beaucoup diminué depuis le début des années 1990 (figure 1) et sont aujourd'hui largement inférieures aux émissions dans l'eau (figure 2) qui ne présentent pas de tendance très claire d'évolution (figure 2). Il est à noter que les émissions françaises dans l'eau sont très importantes par rapport au reste de l'Europe (figure 2).

Figure 1 : Évolution des émissions atmosphérique en chrome (en tonnes) en France, d’après le CITEPA ; Source : Brignon & Gouzy, 2015.

Figure 2 : Émissions du chrome et ses composés dans l'environnement évaluées à partir des données IREP et E-PRTR ; Source : Brignon & Gouzy, 2015.

Comme indiqué précédemment les différentes formes du chrome présentent des toxicités très différentes. La base de données IREP (Registre des Émissions Polluantes) permet de distinguer les émissions de chrome VI, forme la plus toxique (figure 3). Ces émissions sont environ 600 fois plus faibles que celles du chrome total et sont inférieures à 1 tonne par an.

Figure 3 : Émissions des émissions de chrome hexavalent et ses composés dans l'environnement, à partir des données IREP. ; Source : Brignon & Gouzy, 2015.

Les apports de chrome total dans l'eau sont principalement d'origine industrielle et pour 50% dus à la production et transformation de métaux non ferreux (figure 43). .

Figure 4 : Secteurs contributeurs aux flux de chrome vers les eaux, données RSDE 2 de 2014 ; Source : Brignon & Gouzy, 2015.

A l'échelle de l'Union Européenne, les rejets des stations d’épuration urbaines représentaient en 2012 environ 66 tonnes, soit 14,5 % des rejets, mais, à l’échelle de la France, cette part n'était que de 0,9 % correspondant à un peu moins de 3 tonnes (voir paragraphe suivant).

Concentrations moyennes dans les rejets

Le projet Ampère, financé par l'ANR, (http://projetamperes.cemagref.fr/) a permis de mesurer les émissions d'un grand nombre de micro-polluants par les rejets des stations d'épuration. Les concentrations moyennes observées varient entre 1 et 10 μg/L après le traitement secondaire et entre 0,1 et 1 μg/L après le traitement tertiaire (Coquery, 2011). En moyenne 20% du chrome était dans la phase liquide et 80% dans la phase particulaire. Il est à noter que les traitements tertiaires utilisant des agents oxydants (ozonation par exemple) peuvent transformer le chrome III en chrome VI. Les concentrations trouvées dans les rejets urbains de temps de pluie  sont du même ordre de grandeur que celles observées après le traitement secondaire : 2 à 10 μg/L pour les eaux pluviales et 5 à 15 μg/L pour les eaux unitaires (Al-Juhaishi, 2018, Becouze-Lareure, 2010, Dembélé, 2010, Dutordoir, 2014, Gromaire, 2012, Moilleron, 2004, Zgheib, 2009) avec un partage dissous/particulaire identique à celui des eaux usées (20/80). Ces concentrations sont inférieures à la concentration maximum autorisée pour les eaux destinées à la consommation humaine qui est de 50 μg/L.

Un autre problème potentiel est celui d'une concentration trop forte dans les boues des stations d'épuration. La concentration limite de référence pour l'utilisation agricole de ces boues est fixée à 1000 mg/kg de matière sèche par l'arrêté du 8 janvier 1998. Les concentrations trouvées dans les boues sont généralement très inférieures (de l'ordre de 40 mg/kg) mais peuvent dans certains cas dépasser la valeur de référence (Desportes, 2007). Les rejets de chrome sur les sols agricoles via les boues et composts (boues résiduaires urbaines, composts d’origine résiduaire, déchets d’industries non agroalimentaires et déchets d’industries agroalimentaires) ne constituent cependant pas la source principale d'apport aux sols agricoles et leur participation est estimée à 8 % des apports totaux (Brignon & Gouzy, 2015).

Toxicité et danger associés

Impacts possibles sur la santé

Certaines formes du chrome sont toxiques pour l'Homme, notamment le chrome IV, heureusement très rare dans l'environnement car très peu stable et le chrome VI, beaucoup plus présent et stable, en particulier sous la forme de chromate et de bichromate. Le chrome VI est mutagène et cancérogène (groupe 1 du CIRC) en particulier en cas d'inhalation (cancer des poumons). La toxicité du chrome ne dépend cependant pas que de sa valence mais également de sa forme chimique (ion, oxyde, hydroxyde, ...) et physique (dissous, particules, nanoparticules).

Impacts possibles sur les milieux aquatiques

Il est bioaccumulé dans certains organismes, comme des végétaux alimentaires. De ce fait, il peut altérer la santé humaine. Néanmoins, le chrome (III) est essentiel pour l'Homme comme nutriment, dont la carence peut avoir des conséquences cardiaques ou encore sur le diabète. L'excès de chrome (VI) inhalé provoque des saignements de nez ou encore des irritations nasales.

Il peut être bioaccumulé par divers organismes (dont les végétaux alimentaires quand il est présent dans l'eau d'irrigation23). Dans ces cas, il peut devenir l'un des contaminants alimentaires pouvant affecter la santé24. Il peut aussi être bioconcentré dans le réseau trophique.

Dans les systèmes aquatiques, la toxicité des dérivés solubles du chrome varie en fonction de la température, du pH, de la dureté de l'eau ainsi que des espèces d'organismes aquatiques concernés. Les chromates ont une bonne solubilité dans l'eau, mais dans le milieu naturel, ils se transforment aisément, en présence de matières organiques oxydables, en composés de chrome(III), lesquels sont stables et de moindre hydrosolubilité.

Les différentes formes de chrome n'ont pas toutes les mêmes effets sur les organismes. Le chrome III constitue, comme pour l'homme, un élément essentiel pour la plupart des organismes. Le chrome VI est peu absorbé par les plantes. Il est en revanche toxique pour les animaux, chez qui il peut provoquer des problèmes respiratoires (endommagement des ouïes des poissons) une capacité plus faible à lutter contre les maladies, des défauts à la naissance, une infertilité ou la formation de tumeurs.

Le chrome se fixe rapidement sur les particules et présente peu de risque de relargage. Il ne semble pas non plus être bioaccumulable dans le corps des poissons.

Figure 6 : Valeurs seuils en cadmium dans les eaux selon la directive européenne (NQE pour Norme de Qualité Environnementale ; les classes font référence au bon état des milieux.) ; Source : www.aquaref.fr.

Bibliographie  :

• Al-Juhaishi, M.R.D. (2018) : Caractérisation et impact de la pollution dans les rejets urbains par temps de pluie (RUTP) sur des bassins versants de l'agglomération Orléanaise ; Thèse de doctorat, Institut des Sciences de la terre d'Orléans, 210p.
• Baize, D., Courbe, C., Suc, O., Schwartz, C., Tercé, M., Bispo, A., Sterckman, T., Ciesielski, H. (2006) : Épandages de boues d’épuration urbaines sur des terres agricoles : impacts sur la composition en éléments en traces des sols et des grains de blé tendre ; Courrier de l’environnement de l’INRA n°53, décembre 2006 ; téléchargeable sur : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01199208/file/C53Baize.pdf
• Becouze-Lareure, C. (2010) : Caractérisation et estimation des flux de substances prioritaires dans les rejets urbains par temps de pluie sur deux bassins versants expérimentaux. Thèse de doctorat, INSA-Lyon, laboratoire DEEP, 298 p.
• Coquery M., Pomiès M., Martin-Ruel S., Budzinski H., Miège C., Esperanza M., Soulier C., Choubert J.-M.(2011) : Mesurer les micropolluants dans les eaux brutes et traitées - Protocoles et résultats pour l'analyse des concentrations et des flux ; Techniques Sciences et Méthodes, 1/2 : 25-43 ; disponible sur : projetamperes.cemagref.fr
• Dembélé, A. (2010) : MES, DCO et polluants prioritaires des rejets urbains de temps de pluie : mesure et modélisation des flux événementiels, Thèse de doctorat, INSA Lyon, DEEP.
• Desportes I. (coord.) (2007) : Bilan des flux de contaminants entrant sur les sols agricoles de France métropolitaine ; étude ADEME-SOGREAH ; rapport final ; 330p. ; disponible sur le site de l'ADEME.
• Deutsch, J.C. et al. (1982) : Caractérisation de la pollution des eaux de ruissellement par temps de pluie, SHF - XVIIe Journées de l'Hydraulique, Nantes, septembre 1982(question Il, Rapport nO 1, 8 pages).
• Dutordoir, S. (2014) : Bilan des flux de métaux, carbone organique et nutriments contenus dans une rivière alpine : part des rejets urbains de l‘agglomération de Grenoble et apports amont (Isère et Drac).
• Ellis, B., Chocat, B., Fujita, S., Rauch, W., Marsalek, J. (2004) : Urban drainage, a multilingual glossary ; IWA publishing ; 512p.
• Gromaire, M.-C. (2012) : Contribution à l’étude des sources et flux de contaminants dans les eaux pluviales urbaines. Mémoire HDR, Université Paris Est, 107p.
• Legrand, M., McConnell, J. R., Lestel, L., Preunkert, S., Arienzo, M., Chellman, N. J., Stohl, A., and Eckhardt, S.(2020) : Cadmium pollution from zinc-smelters up to four-fold higher than expected in western Europe in the 1980s as revealed by alpine ice ; Geophysical Research Letters ; disponible sur : https://doi.org/10.1029/2020GL087537
• Moilleron, R. (2004) - Hydrocarbures et métaux en milieu urbain. Mémoire HDR, 79 p.
• Zgheib, S. (2009) : Flux et sources des polluants prioritaires dans les eaux urbaines en lien avec l’usage du territoire. Thèse de doctorat, LEESU, Université Paris-Est, 349 p.
• Barnhart, J. (1997) : Occurrences, uses and properties of chromium ; Regulatory Toxicology and Pharmacology ; N°26, S3-S7.
• Bertrand-Krajewski, J.L. (1993) : Pollution des rejets urbains par temps de pluie. Synthèse générale ; Rapport Lyonnaise des eaux, n°ER.ABE.94.03. ; Le Pecq ; 137 p. + annexes.

Pour en savoir plus :

• Damy, P.C. (2011) : Synthèse des connaissances sur l’origine et la disponibilité du cadmium dans les eaux continentales - Synthèse documentaire ; ONEMA, Agences de l'Eau, OIEAU ; 39p. ; disponible sur www.oieau.fr.
• Brignon, J.M., Gouzy, A. (2015) : Le chrome et ses composés ; INERIS - Données technico-économiques sur les substances chimiques en France ; 104p. ; disponible sur le portail substances chimiques de l'INERIS.
• Avis ANSES
• https://www.lenntech.fr/data-perio/cr.htm#ixzz6JybDSMUQ