Chrome / Cr (HU)

Traduction anglaise : Chromium

mot en chantier

Dernière mise à jour : 01/09/2022

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, on trouve le chrome sous des états d'oxydation qui vont 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.

La capacité de production mondiale de chrome métal était en 2010 de 40 000 tonnes, dont 7 000 tonnes en France [11], alors qu’en 2013 cette capacité mondiale était de 30 000 tonnes. La Russie était le premier producteur mondial. 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. De nombreux objets de la vie courante en contiennent.

Les quantités de chrome détectées dans l'hydrosphère, la pédosphère, l'atmosphère et la biosphère sont liées pour l'essentiel à des émissions d'origine industrielle. Les déchets contenant du chrome sont considérés comme problématiques en raison de leur comportement dans les couches profondes du sol lorsqu'ils sont stockés dans des décharges. En milieu alcalin, on estime que la stabilité des chromates peut atteindre 50 ans, et qu'ils peuvent migrer vers les nappes aquifères, même au travers de sols cohérents.La combustion de boues contenant des composés chromiques doit être évitée en raison du risque de formation de chromates.

Le chrome est surtout utilisé dans des alliages (acier inoxydable) mais également sous forme de pigment (peinture, verre, céramique, etc) et pour la préservation du bois.

Il fait partie des métaux toxiques présents dans certains déchets industriels, d'incinérateurs, ou dans certains sédiments, pour lesquels on cherche des solutions d'inertage aussi durables que possible, par exemple dans des matrices de ciment.

Concentrations moyennes dans les rejets

Le chrome est également présent en quantités non négligeables dans les rejets urbains de temps de pluie : 10 à 60 g/L, avec une fraction particulaire généralement supérieure à 80% et de l'ordre de 10 à 100 mg/kg de matière sèche (Bertrand-Krajewski, 1993).

La concentration limite de référence pour l'utilisation agricole des boues de station d'épuration est fixée à 1000 mg/kg de matière sèche par la norme NF U 44-041.

Toxicité et danger associés

Le chrome est un métal toxique pour l'Homme, notamment le chrome (IV). Sa toxicité est fortement dépendante de sa forme : nanoparticule, oxyde, valence, etc. 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. Le chrome trivalent est un oligo-élément essentiel pour le métabolisme du sucre chez l'être humain mais dont le mécanisme d'action reste inexpliqué, en revanche les dérivés du chrome sont très toxiques La toxicité du chrome varie fortement selon sa forme chimique (particule, nanoparticule, ion, oxyde, hydroxyde, valence…). Inversement, l'ion chrome VI, Cr6+ (bichromate, chromate...), est prouvé cancérogène22.

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.

Impacts possibles sur la santé

La toxicité du chrome dépend beaucoup de son niveau d'oxydation qui peut prendre 9 états différents. En pratique on en rencontre principalement deux : le chrome III et le chrome VI qui est un puissant oxydant.

Le chrome III est un nutriment essentiel pour l'homme et une carence peut provoquer différents problèmes (problèmes cardiaques, diabète, ...). Le risque d'absorption excessive de chrome III est très limité. En revanche le chrome VI est beaucoup plus dangereux ; il est susceptible de provoquer ou d'aggraver différentes pathologies, notamment des ulcères et il est suspecté d'être cancérigène.

Impacts possibles sur les milieux aquatiques

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.
• 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.
• 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