Soutenance mémoire
GENERALITES SUR LES METAUX LOURDS ET LES SEDIMENTS MARINS
Généralité sur les polluants en mer et dans le sédiment
Dans les écosystèmes aquatiques naturels, les métaux se trouvent à des faibles concentrations, généralement de l’ordre du nano gramme ou du microgramme par litre. Ces derniers temps, cependant, la présence de métaux lourds contaminants, et spécialement de métaux lourds à des concentrations supérieures aux charges naturelles, est devenue un problème de plus en plus préoccupant. II faut en imputer la rapide croissance démographique, une urbanisation accrue, l’expansion des activités industrielles, de la prospection et de l’exploitation des ressources naturelles, l’extension de l’irrigation et la propagation d’autres pratiques agricoles modernes, ainsi que l’absence de réglementations concernant l’environnement. La pollution du milieu aquatique est un phénomène reconnu depuis une quarantaine d’années. Le milieu marin n’échappe pas à cette agression tant par l’importance des apports chroniques (rivières, rejets urbains et industriels) que par les pollutions accidentelles, essentiellement d’origine pétrolière. Il en a résulté une intense activité de recherche et la mise en place de programmes nationaux et internationaux de surveillance de la qualité du milieu marin. Le développement de ces études est étroitement lié aux techniques de mesure utilisées et à leur amélioration.
Etat de connaissance actuel sur les métaux lourds
Contrairement à d’autres polluants, comme les hydrocarbures dérivés du pétrole, et aux déchets qui envahissent l’environnement au vu de tout le monde, les métaux lourds s’accumulent subrepticement, pour finir par atteindre des seuils toxiques. Les problèmes associés à la contamination par les métaux lourds ont été tout d’abord mis en évidence dans les pays industriellement avancés en raison de leurs déversements industriels plus importants, et spécialement à la suite d’accidents dus à une pollution par le mercure et le cadmium en Suède et au Japon [8]. Bien que le niveau des activités industrielles soit relativement moins élevé dans des régions moins développées comme l’Afrique, on y observe néanmoins une prise de conscience croissante de la nécessité de gérer rationnellement les ressources aquatiques et notamment de maîtriser les déversements de déchets dans l’environnement. Comme il est à prévoir que les activités industrielles et urbaines s’intensifieront dans toutes les régions du continent, cette question revêt désormais une importance encore plus grande.
Cadmium
L’abondance du Cd dans la lithosphère est estimée à 0.15g/t. Il n’existe pas de minerais de cadmium métallurgiquement exploitable. Le plus connu est la greenobite (sulfure de cadmium à 77,8 p. de métal). Le cadmium est principalement extrait des minerais de zinc (blendes), mais comme ceux-ci sont associés généralement au plomb et souvent au cuivre, le cadmium provient également de quelques usines métallurgiques où la production du plomb et quelquefois du cuivre l’emporte sur celle du zinc. C’est en Allemagne, vers 1817 que le cadmium fut isolé. La production industrielle du cadmium commença en Haute Silésie, en 1852, mais elle ne prit réellement son essor dans les autres pays producteurs de zinc, et notamment aux Etats-Unis, qu’à partir de 1907. Le métal de cadmium est facilement oxydé à l’état II en donnant l’ion incolore Cd 2+. Les bases précipitent l’hydroxyde Cd (OH) 2. Le Cadmium comme le mercure forme de nombreux complexe en solution aqueuse. [6]
Processus de distribution et de répartition des métaux lourds Les principaux processus qui gouvernent la distribution et la répartition des métaux lourds sont la dilution, l’advection, la dispersion, la sédimentation et l’adsorption/désorption. Certains processus chimiques peuvent néanmoins intervenir également. C’est ainsi que la spéciation selon les diverses formes solubles est régie par les constantes d’instabilité des différents complexes, et par les propriétés physico-chimiques de l’eau (pH, ions dissous, Eh et température). L’adsorption pourrait être la première étape du processus d’élimination définitive des métaux de l’eau. Au cours de leur distribution dans le milieu, le stockage permanent ou temporaire des métaux se fait dans les sédiments, aussi bien dans les environnements marins que dans les eaux douces. L’activité microbienne et les processus de réduction par oxydation peuvent modifier les propriétés des sédiments et influer sur la composition de l’eau interstitielle. Après quoi, les oxydes de fer et de manganèse peuvent être transformés en carbonates ou en sulfures, ce qui entraîne une diminution de la capacité d’adsorption des sédiments.
Le retravaillage des sédiments par des organismes ramènera aussi des sédiments en surface, où une fraction appréciable du métal sera libérée. Dans l’environnement aquatique, les métaux lourds subissent de nombreuses transformations: réduction par processus biochimique interposé, méthylation, déméthylation et oxydation d’espèces de métaux isolées. Des réactions redox peuvent aussi faciliter certaines transformations. Les processus biochimiques sont effectués par des micro-organismes et par des algues. D’après Jernelöv (1975) cité dans la revue des sciences de l’eau [5], la méthylation du mercure se produit quand des micro-organismes arrivent en contact avec des ions mercure alors qu’ils consomment des substances organiques. Cela vaut peut-être aussi pour As, Sn et Pb. Les métaux lourds sont absorbés tant par la faune que par la flore. Cette absorption pourrait provoquer une augmentation de la concentration du métal dans l’organisme. Si la phase d’excrétion est lente, il peut en résulter un phénomène d’accumulation biologique. II a été démontré que quelques métaux, comme le mercure, subissent une amplification biologique au cours de leur progression dans la chaîne alimentaire [8].
Conséquences des métaux lourds en mer
La contamination de l’environnement aquatique par des métaux de provenance localisée, peut avoir des effets délétères, c’est-à-dire des effets toxiques aigus ou chroniques, sur la vie aquatique à l’intérieur de la zone concernée. La plupart des données publiées jusqu’ici concernant les effets des métaux sur les organismes aquatiques indiquent cependant que ces effets nocifs se produisent à des concentrations supérieures à celles que l’on trouve généralement dans l’environnement [8]. Les métaux peuvent être absorbés sous la forme inorganique ou sous la forme organique par les organismes végétales ou animales marins. Pour certains éléments, comme l’arsenic et le cuivre, la forme inorganique est la plus toxique. Pour d’autres, comme Hg, Sn et Pb, les formes organiques sont les plus toxiques. A des faibles concentrations, beaucoup de métaux lourds, dont Hg, Cd, Pb, As et Cu inhibent la photosynthèse et la croissance du phytoplancton. Les effets observés à des niveaux trophiques supérieurs se manifestent notamment par un retard du développement des embryons, des malformations et une moins bonne croissance des adultes chez les poissons, les mollusques et les crustacés. [7] Les fruits de mer accumulent surtout le cadmium et dans une moindre mesure le plomb, mais peu le mercure. Les capacités à concentrer les métaux lourds varient selon les espèces (avec, par ordre décroissant, les mollusques, les crustacés, les échinodermes, oursins) et les métaux : la moule concentre deux fois plus de plomb que l’huître, l’huître concentre quatre fois plus de cadmium que la moule. (source : rapport-gratuit.com)
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Table des matières
INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : GENERALITES SUR LES METAUX LOURDS ET LES SEDIMENTS MARINS
1.Généralité sur la pollution
2.Généralité sur les polluants en mer et dans le sédiment
3.Les métaux lourds
3.1. Définition des métaux lourds
3.2. Etat de connaissance actuel sur les métaux lourds
3.3. Monographie des métaux
3.3.1. Cadmium
3.3.2. Plomb
3.3.3. Nickel
3.3.4. Cuivre
3.3.5. Zinc
3.3.6. Manganèse
3.3.7. Chrome
3.3.8. Fer
3.4. Sources des métaux lourds
3.5. Mode de transmission des métaux vers le milieu marin
3.5.1. Pollution par les cours d’eau et canalisation
3.5.2. Pollution par l’atmosphère
3.5.3. Pollution maritime directe
4.Répartition et itinéraire des métaux lourds dans l’environnement aquatique.
4.1. Processus de distribution et de répartition des métaux lourds
4.2. L’adsorption des métaux lourds sur les sédiments
5.Devenir et effets des métaux
5.1. Conséquences des métaux lourds en mer
5.2. La bioaccumulation des métaux lourds
5.2.1. L’assimilation
5.2.2. La bioaccumulation par l’individu : la bioconcentration
5.2.3. La bioaccumulation entre individus : la bioamplification
5.3. Exemple sur la bioaccumulation dans les huîtres
6.Exposition alimentaire des métaux
6.1. Toxicité du cadmium
6.2. Toxicité du plomb
6.2.1. Voies d’exposition au plomb
6.2.2. Distribution du plomb dans l’organisme humain
6.2.3. Principaux effets toxiques du plomb pour l’homme
6.3. Toxicité du mercure
6.4. Cas de Madagascar sur les toxicités d’origine alimentaire
7.Le recyclage des métaux lourds
7.1. Problématique générale sur le recyclage
7.2. Recyclage des batteries au plomb
7.2.1. Eléments sur le recyclage annuel du plomb dans les automobiles
8.Généralité sur les sédiments marins
8.1. Difficulté sur l’analyse des sédiments
8.2. Classification des sédiments
8.3. Quelques donnés existantes sur les teneurs en métaux de sédiment en Afrique.
9.Survol des législations existantes en terme de pollution marine
9.1. Lois et réglementations malagasy
9.2. Lois et réglementations internationales
10.Actions déjà entreprises à Madagascar en rapport à la gestion de la pollution marine
DEUXIEME PARTIE : LOCALISATION ET DESCRIPTION DE LA ZONE D’ETUDE
1.Localisation de Nosy Be
1.1. Description de la zone d’étude à NOSY BE
1.1.1. Relief
1.1.2. Géologie
1.1.3. Climat
1.1.4. Hydrographie et hydrogéologie
1.1.5. Population
1.1.6. Principales activités économiques de Nosy Be
1.2. Les principales activités potentiellement polluantes constatés
1.3. Quelques problèmes environnementaux soulevés dans le PCD de Nosy Be
1.4. Site de prélèvements Nosy-Be
2.Localisation de la ville de MAHAJANGA
2.1. Présentation de la ville de Mahajanga
2.1.1. Population
2.1.2. Principales activités de la ville
2.2. Quelques problématiques environnementales de la ville de Mahajanga
2.3. Site de prélèvements à Mahajanga
3.Données existantes sur les effluents types de Mahajanga et de Nosy Be
TROISIEME PARTIE : METHODES ET RESULTATS D’ANALYSE
1.Techniques et méthodes d’analyses des métaux lourds dans les sédiments
1.1. Prélèvement des échantillons
1.2. Stockage des échantillons de sédiments
1.3. Minéralisation ou digestion
1.4. Appareils de dosage des métaux
1.4.1. Spectromètre d’absorption atomique
1.4.2. Spectrophotométrie UV-VIS
1.4.3. Méthode voltametrique
Remarque générale sur les résultats
Distribution des métaux sur les six points de prélèvement de Nosy-Be
Commentaire sur les teneurs en Fe, Cr, Zn, Mn et le Cu des sédiments de Nosy Be
Distribution des métaux sur les six points de prélèvement de Mahajanga
Commentaire sur les teneurs en Fe, Cr, Zn, Mn et le Cu des sédiments de Mahajanga
Etude comparative des teneurs en métaux lourds entre Mahajanga et Nosy-Be
Conclusion partielle sur l’étude comparative entre Nosy Be et Mahajanga
Comparaison des résultats obtenus avec des données existantes ailleurs en Afrique
Résultats liés aux caractéristiques du sédiment de Mahajanga et de Nosy Be
Humidité
Distribution des métaux dans le système sédiment/eau
Distribution des métaux dans le système sédiment/eau à Nosy Be
Distribution des métaux dans le système sédiment/eau à Mahajanga
Interprétation de la distribution des métaux dans le système sédiment/eau
Suggestions pour l’amélioration de la situation
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES
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