Les métaux lourds : Caractéristiques et Définitions

Analyse de la pollution des eaux par les métaux lourds:

§ la spectrométrie d’absorption atomique (SAA),
§ la spectrométrie d’émission atomique avec
plasma induit (ICP-AES)

Les métaux donnent des Cations, leurs oxydes sont basiques.

Exemple : Mg => Mg2+ et MgO + H2O => Mg(OH)2

Les non-métaux donnent des Anions, leurs oxydes sont acides.

Exemple : S => S2- et SO2 + H2O => H2SO3

La « frontière » n’est pas nettement tranchée : les semi-métaux (semiconducteurs) utilisés en électronique ( Si, Ge, As, Sb) sont intermédiaires entre métaux et non métaux.

Les métaux lourds : Caractéristiques & Définition

- Un métal est une matière, issue le plus souvent d’un minerai ou d’un autre métal, dotée d’un éclat particulier, bon conducteur de chaleur et d’électricité, ayant des caractéristiques de dureté et de
malléabilité, se combinant ainsi aisément avec d’autres éléments pour former des alliages utilisables dans l’industrie.
- On appelle en général métaux lourds les éléments métalliques naturels, métaux ou dans certains cas métalloïdes caractérisés par une masse volumique élevée, supérieure à 5g/cm3.
- Quarante et un métaux correspondent à cette définition générale auxquels il faut ajouter les métalloïdes.

Classification de quelques métaux lourds selon leur densité et leur toxicité

En concentration appropriée, de nombreux métaux sont essentiels à la survie. Par contre, en quantité
excessive, ils peuvent être toxiques.

L’appellation métaux lourds est cependant une appellation courante qui n’a ni fondement scientifique, ni application juridique.

Les métaux lourds sont présents dans tous les compartiments de l’environnement, mais en général en quantités très faibles. On dit que les métaux sont présents “ en traces ”. Ils sont aussi “ la trace ” du passé géologique et de l’activité de l’homme.

La classification en métaux lourds est d’ailleurs souvent discutée car certains métaux toxiques ne sont pas particulièrement “ lourds ” (le zinc), tandis que certains éléments toxiques ne sont pas tous des métaux (l’arsenic par exemple).

Pour ces différentes raisons, la plupart des scientifiques préfèrent à l’appellation métaux lourds, l’appellation “ éléments en traces métalliques ” -ETM- ou par extension “ éléments traces ”.

La toxicité des métaux lourds a conduit les pouvoirs publics à réglementer les émissions en fixant des teneurs limites. Cette réglementation n’est cependant d’aucun secours pour déterminer sans ambiguïté une liste de métaux à surveiller car la liste varie selon les milieux considérés : émissions atmosphériques, rejets dans l’eau, règles sur l’épandage des boues ou la mise en décharge...

Abondance des principaux métaux dans l’écorce terrestre (% en masse) :

Silicium : 27,70	Cuivre: 0,0045
Aluminium: 8,70	Cobalt: 0,0023
Fer: 5,00	Plomb: 0,0015
Calcium: 3,63	Arsenic: 0,0005
Sodium: 2,83	Étain: 0,0003
Potassium: 2,60	Tungstène: 0,0001
Magnésium: 2,10	Molybdène: 0,0001
Titane: 0,45	Mercure: 0,00005
Manganèse: 0,10	Antimoine: 0,00002
Zirconium: 0,016	Argent: 0,00001
Nickel: 0,0080	Or: 0,0000005
Chrome: 0,025	Platine: 0,0000005
Zinc: 0,0065

Teneurs habituelles des produits minéraux alimentant la métallurgie(% en masse):

Métal	Produit
Chrome	48 à 50 (Cr2O3)
Cuivre	25 à 55 (Cu)
Étain	60 à 70 (Sn)
Fer	60 à 70 (Fe)
Manganèse	48 à 55 (Mn)
Plomb	60 à 70 (Pb)
Zinc	50 à 60 (Zn)

On constate l’extrême dilution dans les roches de la plupart des éléments d’intérêt économique par rapport aux teneurs habituelles des produits alimentant la métallurgie. Entre ces deux extrêmes se situent les teneurs des gisements miniers.

Absorption moyenne quotidienne de quelques métaux lourds par l’homme ainsi que leur temps de demi-vie biologique

Métal	Absorption (en mg/d)	Temps de demi-vie biologique
Cr	0,25	1,7 a
Mn	4,4	17 d
Fe	15000	2,3 a
Co	0,4	9,5 d
Cu	1,3	80 d
Zn	14500	2,6 a
Mo	0,3	5d
Cd	0,03	> 10 a (dans le foie et les reins)
Hg	0,003	1 a (dans le cerveau) 30 à 60 d (dans le reste du corps)
Pb	0,35	15 à 30 d (dans le sang) 2 a (dans le squelette)

Produits toxiques à caractère minéral: Troubles relatifs à la santé humaine:

Argent : Intoxication chronique, troubles digestifs, coloration de la peau, décoloration de la peau et
des ongles. Toxicité aiguë forte dès [c] > 0,1 mg/l

Aluminium : Bioaccumulation au niveau du coeur et du cerveau, cardiomyopathie, encéphalopathie,
démence sénile.

Cuivre : Toxicité à des doses inférieur au mg/l, diminution de l’activité photosynthétique, altération des branchies des poissons. Gastro-entérites, cirrhose du foie, nécroses, scléroses.

Cyanure : Empêche la fixation de l’oxygène; atteint le système nerveux central puis paralyse les
centres respiratoires Peut être toxique dès [c] > 0,01 mg/l.

Cadmium : Atteinte sélective des reins et du foie, troubles hépato-digestifs et sanguins, déformation
osseuse (fissuration), troubles nerveux (paralysie), inhibition des réactions liées à la respiration et aux
systèmes enzymatiques. Toxicité aiguë sur les organismes et les algues à partir de 0,1 mg/l

Chrome : Agents mutagènes modifiant les bases de l’ADN, ralentissement de croissance, atteintes
hépatiques et rénales. Inhibiteur des réactions liés à la respiration.

Etain : Atteinte possible du système nerveux.

Nickel : Effets cancérogènes, tératogènes et mutagène, troubles digestifs, céphalées, asthénie.

Plomb : Atteint particulièrement l’enfant, anomalies biochimiques et saturnisme (atteintes
neurophysiologiques, troubles rénaux et cardiovasculaires).

Zinc : Atteinte du système nerveux , Perturbe la croissance des végétaux par détérioration de
l’appareil chlorophyllien Toxicité aiguë pour le milieu aquatique à partir de quelques mg/l

Acides et bases : Limite le développement de la flore aquatique, provoque des modifications du
métabolisme des êtres vivants, déshydratation des tissus.

Sources des métaux lourds  :

Plomb : additif dans l’essence, peintures, incinération ordures
Cadmium : engrais phosphatés, peintures, combustion (charbon, bois), incinération
Cuivre : toitures, canalisation, fongicides
Zinc : toitures, canalisation, incinération
Nickel : chrome, galvanoplastie
Mercure : industrie, pesticides, traitement des minerais de l’or

Maladie de Minamata : 

  On appelle hydrargyrisme toutes les formes d'intoxication par le mercure, mais en référence à une maladie qui a touché durant des décennies des milliers d'habitants des pourtours de la baie de Minamata1, on parle de maladie de Minamata pour désigner les symptômes et syndromes
subis par ces malades (en particulier les symptômes physiques et neurologiques graves et permanents induits par l'intoxication in utero aux composés de mercure (monométhylmercure principalement).       C'est un des exemples les plus souvent cités pour évoquer les « maladies industrielles ».

* L'usine Chisso utilise de l'oxyde de mercure comme catalyseur pour la synthèse de l'acétaldéhyde CH3CHO.
* À partir de 1932, cette usine rejette dans la mer dont des composés mercuriels.
* 1952: les premiers symptômes apparaissent (perte de motricité,.) et la première description de la maladie remonte à 1949.
* À la suite notamment de la consommation de poissons, on compta près de 900 décès de 1949 à 1965.

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