1.2.1 La phase solide du sol
Elle est constituée par des minéraux et des
matières organiques en proportions variables, dont la nature des
minéraux du sol est déterminée à la fois par les
roches sur lesquelles ils se sont formés et par les processus de
pédogenèse, alors que les matières organiques proviennent
principalement des résidus végétaux qui subissent diverses
transformations physiques et chimiques.[4]
1.2.2 La phase liquide du sol
La phase liquide du sol n'est pas de l'eau pure mais est
solution dont la composition est complexe et très variable. On la
désigne souvent par l'expression « solution du sol». En
général, cette dernière est difficile à
décrire et à étudier en raison de sa très grande
variabilitéspatiale et temporelle de sorte qu'il n'existe pas de
composition type. Cependant on peut donner quelques indications
générales en distinguant deux grande catégories de
solutés :
*- les micro-éléments dont la concentration est
inférieure à 1mmol.
m-3(10-6mol.L-1);
beaucoup d'éléments traces métalliques entrent dans cette
catégorie.
*- les macro-éléments dont la concentration est
supérieure à cette limite [4].
1.2.3 La phase gazeuse du sol
La phase gazeuse du sol est encore appelée
l'atmosphère du sol. Sa composition est souvent voisine de celle de
l'air mais elle peut être très variable dans l'espace et dans le
temps. Elle dépend de la proximitéde l'atmosphère, c'est
à dire la profondeur dans le sol et l'activitébiologique,
différentes substances peuvent être présentes dans l'air
du
7
Première partie: ÉTUDE BIBLIOGRAPHIQUE
sol telles que NO, N2O, NH3, CH4, H2S et parfois
quelques composés organiques volatils dont les concentrations
dépendent beaucoup de plusieurs facteurs environnementaux et
anthropiques.[4]
2 Les métaux lourds 2.1
Généralités
On appelle en général métaux lourds les
éléments métalliques naturels, métaux ou dans
certains cas métalloïdes caractérisés par une masse
volumique élevée. Les métaux lourds sont présents
dans tous les compartiments de l'environnement, mais généralement
en très faibles quantités . On dit que les métaux sont
présents « en traces ». Ils sont aussi « la trace »
du passégéologique et de l'activitéde l'homme. La plupart
des scientifiques préfèrent à l'appellation métaux
lourds, l'appellation « éléments en traces
métalliques » -ETM- ou par extension « éléments
traces » [5]; [6]
Ces éléments peuvent s'accumuler à de
fortes concentrations dans les sols, les poussières, les eaux et les
plantes, du fait des rejets liés à des activités
agricoles, industrielles ou à l'exploitation minière. Ainsi,
l'activitéminière peut à elle seule générer
des concentrations en ETM supérieures au fond géochimique dans
les différents compartiments.[7] en arrivant a quelques teneurs
considérés maximales, ces éléments deviennent des
poisons insidieux car ils agissent à plus ou moins long terme; de plus
ils ne sont pas dégradables[2].
La toxicitéde ces éléments a conduit les
pouvoirs publics à réglementer leurs émissions en fixant
des teneurs limites. Cette réglementation n'est cependant d'aucun
secours pour déterminer sans ambiguïtéune 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, des eaux usées ou
la mise en décharge.[8]
Selon l' EPA (Environnemental Protection Agency), les
métaux considérés comme étant à la fois
toxiques et indésirables sont : As, Cd, Cr, Pb, Hg et Ni
2.2 Mécanismes de fixation et de relargage des
éléments traces dans les sols
plusieurs mécanismes physico-chimiques interviennent
à l'interface solide/liquide, permettant le piégeage de ces
éléments dans la phase solide et leurs relargage dans la phase
liquide. dans ce cadre on cite :
V L'échange ionique (ou adsorption non
spécifique) : phénomène de surface par lequel les
cations en solution chargés positivement sont attirés par des
forces électrostatiques de types Van Der Waals ou coulombiennes, vers
les charges négatives de la surface du sol. La présence de
charges à la surface du solide provient
8
Première partie : ÉTUDE BIBLIOGRAPHIQUE
soit de substitutions isomorphiques dans le réseau
cristallin (remplacement d'un cation trivalent par un divalent), soit de
réactions chimiques de surface telles que la protonation :
SOH+ 2 ?? SOH + H+ (1)
SOH ?? SO + H+ (2)
Affin de maintenir l'électroneutralité, la
charge négative de la surface du sol est compensée par celle
d'une quantitééquivalente de cations [9],
[3].
V L'adsorption spécifique ( ou la
chimisorption) : la molécule adhère à la surface
par des liaisons ioniques ou covalentes. Elle est souvent difficilement
réversible et engendre une couche mono-moléculaire. Elle
dépend fortement du pH et reliée à l'hydrolyse des ions
métalliques. Les métaux particulièrement capables de
former des hydroxy-complexes sont plus spécifiquement adsorbés
sur les surfaces déproto-nées chargées négativement
d'oxydes ou d'hydroxydes de fer, d'aluminium ou de manganèse
[9].
M2+ + H2O ? MOH+ +
H+ (3)
= SO + MOH+ ?= S - O
- M - OH (4)
V Complexation
Les ions métalliques peuvent être
complexés avec la matière organique du sol par association entre
les cations métalliques et les groupements fonctionnels des substances
humiques. Une réaction de complexation se produit quand un cation
métallique réagit avec un anion qui fonctionne comme ligand, ces
ligands sont généralement des éléments non
métalliques donneurs d'électrons comme O, N et S. Ces
éléments sont présents dans des groupements de surfaces
basiques : -NH2(amine), = O(carbonyle),
-OH(alcool) et -S - (thioether) et
dans les groupements acides: -COOH(carboxyle),
-OH(nolique) et -SH(thiol).
On peut représenter la complexation d'un cation
métallique Mm+ en solution avec un ligand
anionique = R - Ll de la façon
suivante[9] :
= R - Ll + Mm+
?= R - L - Mm l (5)
V Précipitation : C'est le
passage d'une espèce de l'état dissout à l'état
solide. Les métaux peuvent précipiter dans l'eau des pores ou
à la surface des particules solides. Dans un milieu naturel, les
métaux précipitent principalement sous forme d'hydroxydes, de
carbonates, de phosphates ou de sulfures. Les équilibres de
précipitation sont gouvernés par les produits de
solubilité(Ks) :
Ks =
(A)x.(B)y
où(A) et (B) représentent les activités des
espèces dans le liquide et x et y leur
9
Première partie: ÉTUDE BIBLIOGRAPHIQUE
stoechiométries respectives. Le solide précipite
quand le produit des activités(A) et (B) est supérieur au produit
de solubilité.
V Substitution dans le réseau cristallin
: Un atome peut se substituer à un autre de charge et taille
similaires dans le réseau cristallin. C'est le cas d'un ion
métallique incorporédans le réseau cristallin lors de sa
précipitation, ou bien qui diffuse dans le solide pour remplir un vide
ou remplacer un atome du solide.
V Inclusion (piégeage mécanique)
: Il s'agit d'impuretés piégées
mécaniquement dans des pores non débouchant lors de la croissance
des minéraux. Cela peut être sous forme dissoute ou solide.
Un élément métallique retenu à la
surface d'un matériau (physisorption, complexa-tion,
précipitation, chimisorption) sera plus rapidement mis en solution et
donc présentera davantage de risques de toxicitéque s'il est
insérédans le réseau cristallin du matériau.
FIGURE 1 - Principales interactions entre un
atome ou une molécule et un solide à l'in-terface solide/liquide
[3]
10
Première partie: ÉTUDE BIBLIOGRAPHIQUE
Parmi les éléments en traces métalliques
que l'on retrouve l'arsenic qui est un polluant ayant une
toxicitéélevée pour la santéet des impacts
dangereux sur l'environnement, pour cela on va s'intéresser par une
synthèse bibliographique sur cet élément.
3 L'arsenic
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