Chapitre IV
Matériels et méthodes
I. La station de prélèvement (la gare
routière de Tizi-Ouzou)
......................................................41
II. Matériels de prélèvement
..............................................................................................42
III. Description et prélèvement des particules
totales en suspension (TSP) dans l'air43
IV. Dosage et analyse par la spectrométrie par
fluorescence X (X.R.F)...........................................45
IV.1. Préparation des
filtres..........................................................................................45
IV.2. Préparation des filtres standards
............................................................................46
IV.3. Préparation des filtres
blancs...................................................................................48
V.4. les sources d'excitation et l'irradiation des filtres
.....................................................48
IV.5. Dépouillement
spectral..........................................................................................49
Chapitre V
Résultats et interprétations
I. Teneurs en particules totales en suspension
(TSP) dans l'air
....................................................52
I.1. Teneurs en TSP durant les périodes de
prélèvement
..................................................52
I.2. Variation des concentrations en TSP au cours d'une
même journée ensoleillée........................55
I.3. Concentration moyenne des
TSP..........................................................................58
II. Les concentrations journalières des métaux
lourds contenus dans les TSP...................................59
II.1.Concentrations du Plomb (Pb) dans les différents
échantillons .....................................63
II.2. Concentration de Mercure (Hg) dans les différents
échantillons ...................................64
II.3. Concentration de Cadmium (Cd) dans les
différents
échantillons ..................................65
II.4. Concentration de Nickel (Ni) dans les
différents échantillons
.....................................66
II.5. Concentration de Crome (Cr) dans les
différents échantillons
.....................................67
II.6. Concentration de Strontium (Sr) dans les différents
échantillons .................................68
II.7. Concentrations de Cuivre (Cu) et Zinc (Zn) dans les
différents échantillons .....................69
II.8. Concentrations de Fer (Fe) dans les différents
échantillons ........................................70
II.9. Concentrations de l'Etain (Sn), Vanadium (V) et Cobalt
(Co) dans les
différents
échantillons.............................................................................................71
II.10. Concentrations de l'Argent (Ag), Sélénium
(Se) et Antimoine (Sb) dans les
Différents
échantillons ...........................................................................................72
III. Concentrations moyennes des métaux les plus toxiques
contenus dans les TSP dans l'air au
niveau de la gare
routière .................................................................................................73
IV. Etude comparative entre deux stations (gare routière
et centre ville) ..........................................74
IV.1.Comparaison des concentrations moyennes des TSP entre les
deux stations......................74
IV.2. Comparaison des concentrations moyennes de quelques
métaux lourds, entre les
deux
stations........................................................................................................75
V. Discussion
...............................................................................................................76
V.1. les
TSP .......................................................................................................76
V.2. les métaux
lourds ............................................................................................77
Conclusion
générale.......................................................................................................79
Références bibliographiques
Annexes
Introduction générale
Les phénomènes de pollution atmosphérique
sont à l'origine de préoccupations environnementales, concernant
les écosystèmes, la biosphère et les patrimoines et, des
préoccupations sanitaires. L'air est, pour l'être humain, un
« aliment » spécifique et indispensable ; nous
en respirons 15 m3 par jour, soit près de 20 kg, à
comparer à 2 kg de d'eau potable et 1 kg d'aliments divers. L'air est
impossible à purifier, contrairement aux autres aliments, sauf situation
particulière dans des enceintes fermées (ANONYME 3).
L'appareil respiratoire constitue une voie d'exposition
privilégiée pour les aéro-contaminants chimiques, qu'ils
s'agissent de gaz ou de particules inertes, qui peuvent avoir des effets nocifs
se manifestant à court ou à long terme. Les études
épidémiologiques récentes observent des excès de
risques, faibles au niveau individuel, mais non négligeables au niveau
de la population, pour différents indicateurs de santé comme la
mortalité, les hospitalisations dues aux maladies respiratoires,
cardiovasculaires, rénales, cérébrales et surtout les
cancers (CHESTNUL L.G. et al, 1991).
Durant ces dernières décennies, la pollution de
l'air en milieu urbain est principalement d'origine automobile. La combustion
incomplète du carburant libère dans l'atmosphère des
particules fines qui peuvent véhiculer des métaux lourds
(MORCHEOINE A., 1996). Nous pouvons, à partir d'une recherche
d'informations locales en effectuant un échantillonnage de l'air urbain,
montrer l'influence directe ou indirecte de l'homme sur la modification de la
composition physicochimique de l'air.
C'est dans ce cadre que s'inscrit notre travail qui consiste
à faire un diagnostic environnemental de la gare routière de
Tizi-Ouzou (station urbaine), en se limitant sur deux volets portant : les
particules totales en suspension (TSP) et les métaux lourds qu'elles
véhiculent. En effet, ce travail s'est basé sur l'estimation des
teneurs en TSP dans l'air et la recherche des métaux lourds (Cd, Hg,
Ni, Cr, Pb, Sr, Cu, Sn, Zn, Sb, Fe, V, Cu, As et Ag) qui y renferment et, les
quantifiés par un procédé physique.
Le présent travail comporte cinq chapitres : le
premier parle de la pollution atmosphérique et les métaux
lourds, le second chapitre traite les modes de prélèvement et
les méthodes utilisées pour l'analyse des échantillons de
l'air, dont nous avons étudié en détail la
spectrométrie par fluorescence-X. Le troisième chapitre est
consacré à la présentation de la région
d'étude du point de vu géologique, géomorphologique,
géographique et démographique, suivi d'une étude
climatique. Les caractéristiques de la station de
prélèvement (gare routière de Tizi-Ouzou) et le
matériel utilisé sont cités en chapitre quatre ; les
résultats, les interprétations et la discussion ont une part
dans le chapitre cinq. En fin, nous terminons par une conclusion
générale qui accompli un constat global sur l'état de
l'air respiré au niveau de la gare routière de Tizi-Ouzou et,
les recommandations qui peuvent réduire les concentrations des TSP et
des métaux lourds contenus dans l'air, au niveau de la station
d'étude en particulier et, dans l'atmosphère en
général.
CHAPITRE I :
Dans le code de l'environnement français, la loi sur
l'air et l'utilisation rationnelle de l'énergie du 30 décembre
1996, définit la pollution de l'air comme « L'introduction
par l'homme, directement ou indirectement, dans l'atmosphère et les
espaces clos, de substances ayant des conséquences préjudiciables
de nature à mettre en danger la santé humaine, à nuire aux
ressources biologiques et aux écosystèmes, à influer sur
les changements climatiques, à détériorer les biens
matériels et à provoquer des nuisances olfactives excessives
».
Aujourd'hui dans les villes, la pollution d'origine
industrielle a cédé la place à la pollution liée
aux transports, qui engendrent une pollution atmosphérique par les
différents rejets dans l'air, à savoir : les particules totales
en suspension (TSP), en particuliers les métaux lourds contenus dans ces
derniers.
I. Les particules totales en suspension
(TSP)
I.1. Définition
Les particules en suspension ne forment pas un seul et unique
polluant de l'air, mais représentent plutôt une classe de
polluants constituée de plusieurs sous-classes variant dans une gamme de
granulométrie de 0,005ìm à environ 1000ìm. Chaque
sous-classe de particules peut être constituée ou contenir
différentes espèces chimiques. Ainsi, selon leur origine, les
particules ont une gamme de taille et une composition physico-chimique
très variable, c'est pourquoi différentes terminologies existent
pour classifier, définir ou nommer une classe de particules polluantes.
On peut citer :
Les PM10 : Sont des grosses particules, dont le
diamètre est inférieur à10um, elles sont retenues par les
voies aériennes supérieures.
Ø Les PM 2,5 : Ø = 2,5 um
Ø Les PM 1 : Particules dont le diamètre
est inférieur à 1um.
Ø Ultrafines : Ø = 0.1 ìm.
Ø Nanoparticules : Ø = 0.05 ou 0.03
ìm.
Les PM 2,5, les PM 1, les particules Ultrafines et les
Nanoparticules sont potentiellement les plus toxiques, car elles peuvent
pénétrer profondément dans les poumons et les organes
internes (BLIEFERT C et al, 2001).
I-2. Origines :
Les installations de chauffages et le transport routier, en
particulier les polluants émis par les véhicules diesel
(combustion incomplète du gasoil), sont les principaux émetteurs
de particules fines, elles peuvent provenir également de
transformations chimiques dans l'atmosphère. Ces particules,
constituées de fines matières liquides ou solides, se forment par
condensation, par accumulation ou par pulvérisation mécanique et,
peuvent être transportées à distance (PIERRE M., 2000).
II. Les métaux lourds
II.1.Définition
Les métaux lourds sont des métaux formant des
précipités insolubles avec les sulfures. D'autres
définitions existent : Métaux dont la masse volumique est
supérieure à 6 g.ml-1 (parfois la définition
donne une limite de 4,5 ou 5,0 g.ml-1) ; métal dont le
numéro atomique est supérieur à 20. Les métaux
lourds sont réputés toxiques, alors que certains sont des
oligo-éléments (Cu, Zn, Fe). C'est pourquoi le terme métal
lourd est souvent appliqué à tort à des
éléments en raison de leurs toxicités (ANNE T.S. et
ISABELLE F., 2005).
Dans les sciences environnementales, les métaux lourds
associés aux notions de pollution et de
toxicité sont généralement : Le cadmium
(Cd), le plomb (Pb), le mercure (Hg) le nickel (Ni), le chrome(Cr), l'arsenic
(As), le cuivre (Cu), le manganèse (Mn), l'étain (Sn), et le zinc
(Zn) (Anonyme 1, 1997).
II.2. Perturbation des cycles biogéochimiques
des métaux lourds
A l'échelle planétaire, les quantités des
métaux lourds sont toujours les mêmes. Par contre leur
localisation et leur forme chimique peuvent être modifiées par des
phénomènes naturels ou par l'intervention de l'homme (ANNE T.S.
et ISABELLE F., 2005).
Atmosphère
Gaz
Volcans
Gaz
Aérosols
Précipitations
Fleuves
Fleuves
Effritement
Continents
Poussières
Poussières
Océans
sédimentation
Sédiments
Figure 1 : Schéma simplifié du cycle des
métaux lourds (BLIEFERT C. et PERRAUD R., 2001)
Par ses activités minières et industrielles,
l'homme moderne est en train de perturber, à une échelle de
quelques décennies et au mieux séculaire, des équilibres
fruits de lents processus évolutifs de nature
paléo-écologique qui ont nécessité des
durées se chiffrant en milliards d'années (RAMADE F., 2007).
II.3. Les déférentes sources des
métaux lourds
II.3.1. Les sources d'origine
naturelles
Les réserves les plus importantes en
métaux lourds se trouvent dans les roches et/ou les sédiments
océaniques, ils sont introduits dans la biosphère via, les
volcans, l'activité des sources thermales, l'érosion et
l'infiltration... etc. (Miquel G., 2001).
II.3.2. Les sources d'origine humaines
Une quantité importante de métaux lourds est
introduite dans l'environnement par l'homme, cette contamination a
plusieurs origines, telles que les gaz d'échappements des
véhicules, la combustion des fossiles, l'incinération,
l'activité minière, l'agriculture, les déchets liquides
et solides.
II.3.2.1. Les rejets physiques
Concernant essentiellement le plomb et, dans
la moindre mesure le cadmium, sont dus à deux
phénomènes : D'une part, l'activité
métallurgique et minière, d'autre part, les rejets qui sont
liés au sort des produits en fin de vie, chargés en plomb, c'est
le cas des batteries d'automobiles. Les rejets de mercure liquide sont beaucoup
moins importants, Le mercure se retrouve toutefois dans les canalisations en
sortie de site d'utilisations (hôpitaux, cabinets dentaires, ...etc.).
II.3.2.2. Les rejets
atmosphériques
Les métaux représentants des
masses importantes dans l'atmosphère, qui se chiffrent par dizaines de
tonnes (mercure, arsenic et cadmium), par centaines (Crome) ou par milliers de
tonnes (le plomb). Après ratifications du protocole d'Aarhus sur les
métaux lourds en 1998 par certains nombre de pays, les émissions
atmosphériques des métaux ont diminué de 50% passant de
7356 tonnes à 3336 tonnes, dont près de la moitié pour le
Zinc, et un peu plus du tiers pour les autres métaux
considérés (MIQUEL G., 2001. in MESBAHI K. et MEGUENI T.,
2008).
Le tableau I montre le rapport entre le flux lié
à l'activité humaine et le flux naturel ; le cadmium,
l'arsenic et, surtout le mercure et le plomb sont introduits dans
l'environnement de façon quasi exclusive par l'homme (PIERRE M.,
2000).
Tableau I : Rapport entre le flux lié
à l'activité humaine et le flux naturel donnant présence
aux métaux lourds dans l'atmosphère.
|
Elément
|
Flux lié à l'homme/Flux
naturel
|
|
Chrome
|
161
|
|
Cadmium
|
1 897
|
|
Arsenic
|
2 786
|
|
Mercure
|
27 500
|
|
Plomb
|
34 583
|
Source : Centre SPIN., 1997. Ecole des Mines de
Saint-Etienne.
II.4. Impact des métaux lourds présents
dans l'atmosphère
II.4.1. Impact sur l'environnement
II.4.1.1. Contamination de l'air
Les principales sources de métaux lourds dans l'air
sont des sources fixes. De nombreux éléments se trouvent à
l'état de traces dans des particules atmosphériques provenant de
combustions à haute température, de fusions
métallurgiques, des incinérateurs municipaux, des
véhicules... etc. Les effets biologiques, physiques et chimiques de ces
particules sont en fonction de leur taille, de leur concentration et de leur
composition, le paramètre le plus effectif sur l'environnement
étant la taille de ces particules.
Dans l'air ambiant, on trouve de nombreux
éléments, comme le plomb, le cadmium, le zinc, le cuivre... etc.,
dont la concentration est d'autant plus élevée que les particules
sont fines (FONTAN J., 2003).
II.4.1.2.Contamination des sols
Les métaux peuvent être, soit fixés dans
les roches et les sédiments, soit mobiles. Dans le premier cas, les
quantités disponibles sont infimes, elles n'ont aucune influence sur
l'environnement. Mais lorsque les conditions changent de telle
manière que les métaux
redeviennent solubles, l'augmentation de la concentration
devient alors une menace directe sur l'environnement. En outre, depuis quelques
années, les pluies acides augmentent la mobilité des
métaux dans le sol et causent donc une augmentation de leur
concentration dans les produits agricoles (BLIEFERT et PERRAUD, 2001).
II.4.1.3.Contamination de l'eau
Il est assez difficile de prévoir l'évolution
des métaux lourds dans l'environnement car ils peuvent subir un grand
nombre de transformations (oxydation, réduction...etc.). Cette
évolution dépend fortement du milieu. En effet, la migration des
métaux lourds vers la nappe phréatique est fonction de nombreux
paramètres : La forme chimique initiale du métal la
perméabilité du sol et du sous-sol, et la teneur en
matières organiques du sol.
Les principales sources de contamination de l'eau sont les
suivantes : les eaux usées domestiques et industrielles, la production
agricole, les polluants atmosphériques, les anciennes décharges,
l'utilisation de substances dangereuses pour l'eau, la navigation...etc.
(MARCHEOINE A., 1997).
II.4.2. Impact sur la santé
humaine :
Les métaux lourds sont des polluants engendrés
par l'activité humaine qui ont un fort impact toxicologique. Les
métaux toxiques sont nombreux, a titre d'exemple l'arsenic, le cadmium,
le plomb et le mercure. Ils ont des impacts sur les végétaux, les
produits de consommation courante (Anonyme 1).
Tableau II : Impacts des métaux lourds
sur la santé humaine.
|
Métal
|
Toxicité
|
|
Plomb
|
Troubles du système nerveux, affection du foie et des
reins
|
|
Cadmium
|
Affections respiratoires et troubles rénaux
|
|
Mercure
|
Troubles du système nerveux (mémoire, fonctions
sensorielles de coordination)
|
|
Nickel
|
Maladies respiratoires, asthme, malformations congénitales
cancers (nez)
|
|
Chrome
|
Cancers, troubles dermatologique, anémies
|
Source :
Centre SPIN, Ecole des Mines de Saint-Etienne, 1997.
Les organes cibles des métaux lourds sont multiples:
les ions métalliques se fixent sur les globules rouges (Pb, Cd,
CH3Hg). Les métaux s'accumulent dans le foie et les reins
(organes très vascularisés), les dents et les os accumulent le
plomb. D'autre part, les métaux solubles dans les lipides comme le plomb
tétraéthyl ou le méthylmercure peuvent
pénétrer dans le système nerveux central. Le danger est
encore plus grand pour les enfants car chez eux la barrière
hémato-encéphalique n'est pas entièrement
développée (intoxication au plomb possible). Par diffusion
passive et grâce à leur solubilité dans les lipides, le
cadmium, le plomb, le nickel, le méthyl-mercure(CH3Hg),
traversent le placenta et peuvent s'y concentrer (PIERRE M., 2000).
II.5. Législation et normes de
rejet
Au début, la législation s'est
intéressée aux polluants majeurs, tels que le
dioxyde de soufre (SO2), l'oxyde d'azote (NO) et les
poussières. Des nouvelles réglementations se
sont penchées sur le problème des métaux lourds, ceci
s'explique par le fait que leurs effets sur l'homme et
l'environnement ne cessent d'être mis en lumière, voire
prouvés pour certains. En effet plusieurs
conventions, lois, décrets nationaux et internationaux
réglementent cette pollution.
II.5.1. Législation
Algérienne
Le journal officiel de la République Algérienne
du 8 Dhou El Hidja 1426 / 8 janvier 2006 consacre les
articles 03,04, 05, 06, 07, 08, 09 et 10 pour la surveillance de la
qualité de l'air.
L'Art. 3.- La surveillance de la qualité
de l'air concerne les substances suivantes :
Ø Le dioxyde d'azote ;
Ø Le dioxyde de soufre ;
Ø L'ozone ;
Ø Les particules fines en suspension.
L'Art. 4. -La surveillance de la qualité
de l'air est confiée à l'observatoire national de l'environnement
et du développement durable.
Elle s'effectue selon les modalités techniques
fixées par arrêté du ministre chargé de
l'environnement.
L'Art. 5.-La détermination des
objectifs de qualité de l'air et des valeurs limites de pollution
atmosphérique est fixée sur une base moyenne annuelle.
L'Art. 6.- Les valeurs limites ainsi que les
objectifs de qualité de l'air sont fixés comme suit :
Particules fines en suspension :
Selon les caractéristiques physiques et chimiques des
particules concernées, les seuils d'alerte sont fixés, le cas
échéant, par arrêté conjoint du ministre
chargé de l'environnement et du ministre concerné par
l'activité engendrant le type de particule considérée.
a) Objectif de qualité ou valeur cible : 50
mg/m3.
b) Valeur limite : 80 mg/m3.
Cet article parle aussi des valeurs limites des autres
polluants, à savoir le Dioxyde d'azote, le
Dioxyde de soufre et l'Ozone.
L'Art. 7- Les seuils d'information et les
seuils d'alerte sont fixés sur une base moyenne horaire.
L'Art. 9- Lorsque les seuils d'information et
les seuils d'alerte fixés par l'article ci-dessus (Art6) sont atteints
ou risquent de l'être, le ou les walis concernés prennent toutes
les mesures visant à protéger la santé humaine et
l'environnement ainsi que les mesures de réduction et/ou de restriction
des activités polluantes.
II.5.2. Législation Internationale
La convention de Genève en 1979 sur la pollution
atmosphérique à longue distance a plafonné les
émissions de soufre (868 KT en 2000, 770 KT en 2005 et 737 KT en 2010)
et a préconisé une réduction des composés
organiques volatils non métalliques de 30% (de 1988 à 1999) et
une baisse des oxydes d'azote de 30% (de 1980 à 1999) (BLIEFERT C et
Al., 2001).
La première directive du conseil de la
communauté Economique Européenne(CEE) a fixé une teneur
maximale autorisée en composés de plomb dans l'essence comprise
entre 0.4 à 0.15 g par litre (78/611 du 29 juin 1978) (BOURIER J.P. et
KISS A., 2004).
Le tableau suivant donne les différentes valeurs
limites de quelques métaux toxiques dans l'air selon l'OMS et la
détective Européenne.
Tableau III: Valeurs limites de quelques
métaux toxiques dans l'air selon l'OMS et la Directive
Européenne (LE BOUFFANT L., 1988).
|
Métal
|
Valeur guide
OMS
|
Directive Européenne
|
|
Cr
|
-
|
6 ng/m3
|
|
Cd
|
5ng/m3
|
5 ng/m3
|
|
Mn
|
_
|
-
|
|
Ni
|
20 ng/m3
|
20 ng/m3
|
|
Pb
|
500 ng/m3
|
900 ng/m3
|
|
Hg
|
_
|
50 ng/m3
|
Source : Organisation mondiale de la Santé
(OMS).
Les tableaux suivants montrent les normes des particules en
suspension (TSP) dans l'air (OUZERARA K.et ZEHAR S., 2007).
Tableau IV : Les normes des PM 10 dans
l'air.
|
Natures des Valeurs
|
Directive Européenne 2002
|
Décret Français
|
Normes Algériennes (TSP)
|
|
Objectif de qualité
|
30 ug/m3
|
30 ug/m3
|
-
|
|
Valeur limite (moyenne annuelle)
|
20 ug/m3
|
50 ug/m3
|
80 ug/m3
|
|
Valeur limite
(moyenne journaliere)
|
50 ug/m3
|
40 ug/m3
|
-
|
|
Seuil d'information
|
80 ug/m3
|
80 ug/m3
|
-
|
|
Seuil d'alerte
|
125 ug/m3
|
-
|
-
|
Tableau V: Les normes des PM 2.5 dans
l'air.
|
Natures des Valeurs
|
OMS
|
Recommandation Française
|
|
Moyenne glissante
|
25 ug/m3
|
-
|
|
Moyenne annuelle
|
10 ug/m3
|
15 ug/m3
|
Source : Organisation mondiale de la Santé (OMS).
CHAPITRE II :
| 
