Métaux lourds (HU)

Traduction anglaise : Heavy metals

Dernière mise à jour : 15/09/2022

En toute rigueur, un métal lourd est un élément chimique métallique de numéro atomique élevé et dont la masse volumique est supérieure à 4000 kg/m³ ou 5000 kg/m³ selon les sources (Baize, 1997). Cette définition rejoint une définition plus ancienne qui considérait comme métal lourd les éléments compris entre le cuivre et le plomb sur le tableau périodique des éléments (voir Figure 1).

Figure 1 : Tableau périodique des éléments.

Définition pratique

En pratique, dans le domaine de l'environnement, le terme métal lourd est le plus souvent utilisé de façon impropre pour désigner une grande variété d'éléments toxiques, non nécessairement métalliques (comme l’arsenic qui est un métalloïde ou certains composés organométalliques comme le méthylmercure).

Par exemple, la directive européenne sur les déchets définit un métal lourd comme "tout composé d’antimoine, d’arsenic, de cadmium, de chrome hexavalent, de cuivre, de plomb, de mercure, de nickel, de sélénium, de tellure, de thallium et d’étain, ainsi que ces matériaux sous forme métallique, pour autant qu’ils soient classés comme substances dangereuses"

Du fait de l'ambivalence du terme certains proposent d'utiliser les expressions "métal toxique" ou "élément trace métallique (ETM)" sans pour autant lever l’ambiguïté car le terme métal reste présent dans l'expression.

Toxicité des métaux lourds

La toxicité des métaux lourds dépend bien évidemment de leur espèce chimique et de leur concentration mais également leur forme physico-chimique qui conditionne leur biodisponibilité et donc leur capacité à s'introduire dans la chaîne alimentaire (Le Goff & Bonnomet, 2004). La plupart de ces éléments sont cependant susceptibles de dégrader les environnements aquatiques en raison de leur présence dans la phase dissoute ou en association avec les substances particulaires avant ou après leur décantation.

La toxicité de certains métaux lourds est en effet essentiellement due au fait qu'après leur assimilation l'organisme ne les élimine pas suffisamment vite (phénomène de bioaccumulation). Les métaux lourds concernés s'accumulent donc dans les organismes vivants, avec une augmentation continue des concentrations lorsque l'on progresse dans la chaîne alimentaire (phénomène de bioamplification). Les prédateurs suprêmes que sont les hommes sont donc particulièrement exposés.

Rejets de métaux lourds par les systèmes d'assainissement

Tous les métaux lourds sont naturellement présents dans l’environnement à l’état de traces. L’activité humaine a fortement augmenté leur présence, et ceci bien avant l'ère industrielle. On en retrouve aussi bien dans les eaux usées (associés souvent à des rejets industriels) que dans les eaux pluviales et dans les boues de station d'épuration. Le tableau de la figure 2 synthétise les résultats de travaux récents sur des réseaux français.

Figure 1 : Concentrations moyennes en métaux lourds dans les eaux usées, les eaux pluviales, les eaux unitaires, les rejets de station d'épuration et dans les boues de station d'épuration ; Source : Synthèse des données de Al-Juhaishi (2018), Becouze-Lareure (2010), Dembélé (2010), Dutordoir (2014), Gromaire (2012), Moilleron (2004), Zgheib (2009) pour les rejets de temps de pluie et de Coquery et al (2011) pour les rejets de temps sec.

Ce tableau montrent que, selon les métaux, les concentrations peuvent être supérieures (Plomb, Zinc), du même ordre de grandeur (cadmium, Chrome, Cuivre), ou inférieures (Nickel) dans les eaux pluviales que dans les eaux usées brutes et qu'elles sont généralement supérieures, voire très supérieures, dans les rejets urbains de temps de pluie non traités que dans les rejets de station d'épuration.

Dans les eaux pluviales leur présence est principalement associée aux matériaux de construction (plomb, zinc, Cuivre), au trafic automobile (plomb, cadmium) et à l'entretien des voiries (zinc, arsenic). Des informations plus détaillées sont disponibles aux articles Arsenic (HU), Cadmium (HU), Chrome / Cr (HU), Cuivre (HU), Mercure / Hg (HU), Nickel (HU), Plomb (HU), Zinc (HU).

Autres problèmes posés par la présence des métaux lourds dans les eaux usées et pluviales

La présence de ces métaux commence à poser problème dans différents domaines liés à la gestion urbaine de l'eau (Baize, 1997) :

• difficultés de valorisation agricole des boues de station d'épuration (Baize et al, 2006, Desportes et al, 2007) (voir figure 2) ;
• devenir des produits de curage des conduites et des petites rivières urbaines ;
• devenir des produits de décolmatage des chaussées poreuses ;
• etc.

Concentrations en métaux lourds et qualité des milieux aquatiques

La concentration en métaux lourds fait parte des critères d'évaluation de la qualité des milieux aquatiques. Le tableau de la figure 2 synthétise les concentrations de référence. Il est intéressant de noter que la plupart de ces concentrations sont dépendantes de la dureté de l'eau qui conditionne leur biodisponibilité.

Figure 2 : Détermination de la classe de qualité à partir des concentrations en métaux et de la dureté de l'eau ; Source : grilles SEQ EAU V2

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. (1997) : Teneurs totales en éléments traces dans les sols ; disponible sur https://books.google.fr/books?hl=fr&lr=&id=w5eal_GfYxQC&oi=fnd&pg=PA5&dq=normes+pollution+des++sols&ots=ivNvkQs_Nn&sig=VXfPkTKmucehHh_2OQlv-k3TOrs#v=onepage&q=normes%20pollution%20des%20%20sols&f=false
• 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.
• 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).
• 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.
• Le Goff, F., Bonnomet, V. (2004) : Devenir et comportement des métaux dans l'eau : biodisponibilité et modèles BLM ; rapport INERIS pour le Ministère de l’Écologie et du Développement Durable ; 97p. ; disponible sur https://www.ineris.fr/sites/ineris.fr/files/contribution/Documents/03_0693_Rapp_Technique_biodisp_ecot.pdf
• Moilleron, R. (2004) - Hydrocarbures et métaux en milieu urbain. Mémoire HDR, 79 p.

Pour en savoir plus :

• Les métaux lourds : la synthèse de l'ASF.
• Miquel, G. (2001) : Les effets des métaux lourds sur l'environnement et la santé ; Rapport d'information n° 261 ; disponible sur : www.senat.fr

Voir aussi : Pollution des rejets urbains de temps de pluie, Qualité de l’eau.