Memoire Online - Utilisation des arbres ligneuses comme bioindicateurs de pollution atmosphérique

RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE

MINISTÈRE D'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

DÉPARTEMENT DE BIOLOGIE

MÉMOIRE DE FIN D'ÉTUUDE POUR L'OBTENTION DE DÉPLOM D'INGÉGNEUR D'ÉTAT EN ÉCOLOGIE VÉGÉTALE ET ENVIRONNEMENT

OPTION

PATHOLOGIE DES ÉCOSYSTEMES

THÈME

UTILISATION DES ARBRES LIGNEUSES COMME BIOINDICATEURS DE POLLUTION ATMOSPHÉRIQUE:

Arbre : Penus halipensis

PAR: MEMBRES JURY :

Louati Fares ENCADREUR : Mr .Tedjar Laamri

PRESIDENT JURY : Pr .Kaabech Mouhamed

EXAMINATEUR : Dr.Daoued harzellah

La région d'Ain El Kebira à connu une pollution assez frappante a cause des différentes actes de l'homme surtout celles industrielles. L'exemple de reboisement d'EL GETTAR qu'on à essayer de traiter nous a donne une image sur le taux de pollution existant dans la région toute entière.

1-composition chimique de l'air atmosphérique..................................................1

2-principaux phénomènes......................................................................2

2-1-acidification.................................................................................2

2-2-eutrophisation...............................................................................3

2-3-pollution photochimique..................................................................3

2-4-effet de serre.................................................................................3

2-5-appauvrissement de l'ozone stratosphérique............................................4

3-principaux sources de pollution.............................................................5

3-1-particules solides............................................................................6

4-les métaux lourds.............................................................................7

4-1-l'arsenic.....................................................................................7

4-2-le cadmium..................................................................................7

4-3-le chrome....................................................................................7

4-4-le cuivre.....................................................................................7

4-5-le mercure...................................................................................7

4-6-le nickel......................................................................................8

5-pollution par les particules...................................................................9

5-1-les particules atmosphériques.............................................................9

5-1-1-caractéristiques générales..............................................................9

5-1-1-1-introduction.............................................................................9

5-1-1-2-définition................................................................................10

5-2-granulométrie des particules..............................................................13

5-2-1-poussières de grandes diamètres-sédimenteux.......................................13

5-2-2-poussières semi fines....................................................................13

5-2-3-poussières infra microscopiques in sédimenteux....................................13

5-3-pollution d'origine naturelle..............................................................13

5-4-pollution d'origine industrielle (anthropogénique)...........................................14

5-5-les particules de trafic routier.............................................................14

5-6-industrie de fabrication du ciment.......................................................15

6-influences des conditions météorologiques sur la pollution atmosphérique............................................................................................................15

6-1-le vent.......................................................................................15

6-2-les pluies.....................................................................................15

6-3-la température...............................................................................15

7-effet des dépaux atmosphériques sur l'environnement...................................16

8-impact de la pollution sur la flore..........................................................17

1-situation géographique et cadre administratif d'Ain El Kebira.........................18

2-réseau hydrographique.......................................................................18

3-climat...........................................................................................18

3-1-les précipitations...........................................................................18

· Le régime pluviométrique.............................................................19

· La neige et la gelée.....................................................................20

3-2-la température...............................................................................20

3-3-le vent........................................................................................20

3-4-synthèse climatique........................................................................21

3-4-1-quotient pluviothèrmique d'Emberger (1995).......................................21

3-4-2-diagramme Embrothermique ..........................................................22

1-méthodologie d'étude et échantillonnage..................................................23

2-choix des sites et prélèvement des échantillons...........................................23

· Dates des prélèvements...............................................................23

3-le PH de sol.....................................................................................24

3-1-mode opératoire.............................................................................24

4-détermination de la conductivité électrique................................................24

4-1-mode opératoire.............................................................................25

5-analyse chimique des échantillons de Pin d'Alep........................................25

6-technique d'analyse par spectroscopie d'absorption atomique.........................25

6-1-introduction.................................................................................25

6-2-principe......................................................................................26

6-3-appareillage..................................................................................26

6-4-analyse des métaux lourds par SAA.....................................................26

6-4-1-mode opératoire..........................................................................26

4-1-résultats du PH du sol.......................................................................27

4-1-1-interprétation des résultats..............................................................27

4-2-résultats de la conductivité électrique...................................................27

4-3-résultats de la salinité......................................................................28

4-4-interprétation des résultats.................................................................29

4-5-résultats d'analyse de Pin d'Alep.........................................................29

4-5-1-Résultats du premier prélèvement.....................................................29

4-5-2-Résultats du deuxième échantillon....................................................30

4-5-3-Résultats du troisième prélèvement...................................................33

5-interprétation des résultats.....................................................................35

Introduction

Fort utilise de nos jour, le terme pollution atmosphérique désigne l'ensemble des rejets des composés Toxique libères par l'homme dans l'atmosphère, mais aussi les substances malodorantes, qui sans être vraiment dangereuses dans l'immédiat pour les organismes vivants, exercent tout de même une action perturbatrice sur l'environnement. [Emilian Koller](8)

On retiendra la définition donnée par la convention de GENEVE en 1979 sur la pollution atmosphérique : *l'introduction dans l'atmosphère par l'homme, directement ou indirectement de substance ou d'énergie ayant une action nocive de natures à mettre en danger la sante humaine, a endommager les ressources biologique et les écosystèmes, a détériorer les bien matériels et a porter atteinte ou a nuire aux valeurs d'agrément et aux autres utilisation légitimes de l'environnement*. [Ramade François](13)

La région d'Ain El Kebira figure parmi les régions touchées par la pollution atmosphérique, surtout après l'installation des deux usines ; la Cimenterie et La BCR. Notre étude consiste à évaluer la pollution atmosphérique par les métaux lourds dans différents sites dans la région -utilisant le Pin d'Alep qui est un bon indicateur de pollution atmosphérique- comme échantillon d'analyses.

Selon les moyens disponibles, on à réussi à analysé les métaux lourds suivants : Plomb, Fer, Zinc, Cuivre, et Cobalt

Un premier chapitre représente quelques généralités sur la pollution atmosphériques un deuxième est destiné pour la présentation de la région d'étude un troisième chapitre étais consacré pour la méthodologie d'étude et d'échantillonnage et un dernier chapitre étais pour l'interprétation et la discutions des résultats

Chapitre 1

1-Composition chimique de l'air atmosphérique

De point de vue de la composition chimique de l'air atmosphérique, la vapeur d'eau, dont le rôle est très important en météorologie, joue un rôle particulier en raison de sa très grande variabilité dans le temps et l'espace, ce qui n'est pas le cas des autres constituants. On a donc l'habitude de considérer que l'air atmosphérique est un mélange d'air sec et de vapeur d'eau.

Gaz	Formule	Pourcentage en volume	Pourcentage en masse	Température d'ébullition	masse volumique
Azote	N₂	78,09	75 ,53	- 196 °C	1,250 kg.m^-3
Oxygène	O₂	20,95	23,14	- 183 °C	1,429 kg.m^-3
Argon	Ar	0,93	1,.28	- 186 °C	1,784 kg.m^-3
Dioxyde de carbone	CO₂	0,035	0,052	- 78 °C	1,977 kg.m^-3
Néon	Ne	1,8. 10^-3	1,25. 10^-3	- 246 °C	0,900 kg.m^-3
Hélium	He	5,24. 10^-4	7,24. 10^-5	- 269 °C	0,178 kg.m^-3
Krypton	Kr	1,14. 10^-4	3,3. 10^-4	- 153 °C	3,736 kg.m^-3
Hydrogène	H₂	5. 10^-5	7,6.10^-5	- 253 °C	0,090 kg.m^-3

Dans les conditions normales de température et de pression (d'après le "Handbook of Chemistry and Physics")

A noter que l'ozone (O3) qui joue un rôle très important dans la protection des êtres vivants du rayonnement solaire incident, n'intervient que pour 1 millionième, soit 0,01 ppm (partie par million) dans la composition de l'air atmosphérique. De même, le méthane (CH₄) dont la contribution à l'effet de serre est en croissance rapide est un constituant très minoritaire de l'atmosphère.

Aux composants gazeux usuels de l'air s'ajoutent selon des proportions variées des particules liquides et solides dont la présence est naturelle (cendres volcaniques, par exemple) ou liées à des activités humaines (rejets industriels...) (24)

2-Principaux phénomènes

2-1-Acidification
La pollution acide (ou pluies acides) est liée aux polluants acides (SO₂, NOx, NH₃, HCl, HF) émis par les activités humaines qui retombent en partie à proximité des sources, mais aussi à des centaines, voire des milliers de kilomètres de leurs sources émettrices. Ces polluants retombent sous forme de retombées sèches ou humides. Pendant le transport, ces polluants se transforment. L'SO₂ et NOx se transforment en sulfates (SO₄^2-) et en nitrates (NO₃^2-) dans le cas où l'atmosphère est sèche, ainsi qu'en acide sulfurique (H₂SO₄) et en acide nitrique (HNO₃) dans le cas où l'atmosphère est humide.

Les phénomènes de pollution acide à grande échelle ont été mis en évidence par l'acidification des eaux des lacs Scandinaves et Canadiens. Le pH des eaux est devenu acide entraînant des modifications importantes de la faune piscicole. Certaines pluies ont un pH compris entre 3 et 4 alors que l'eau pure a un pH de 5,6.

Les retombées acides ont des effets sur les matériaux, les écosystèmes forestiers et les écosystèmes d'eau douce.

2-2-Eutrophisation
L'eutrophisation correspond à une perturbation de l'équilibre biologique des sols et des eaux due à un excès d'azote notamment d'origine atmosphérique (NOx et NH₃) par rapport à la capacité d'absorption des écosystèmes. (23)

2-3-Pollution photochimique

La pollution photochimique (ou pollution photo-oxydante) est un ensemble de phénomènes complexes qui conduisent à la formation d'ozone et d'autres composés oxydants (peroxyde d'hydrogène, aldéhydes, peroxy acétyle nitrate ou PAN) à partir de polluants primaires (appelés précurseurs) : oxydes d'azote et composés organiques volatils (COV) et d'énergie apportée par le rayonnement Ultra Violet (UV) solaire. Ces phénomènes ont lieu dans les couches d'air proche du sol et dans la troposphère libre. L'ozone formé à ce niveau est qualifié de "mauvais ozone" en raison de ses effets néfastes sur la santé humaine et sur les végétaux. L'ozone de la stratosphère (19-30 km d'altitude), au contraire est qualifié de "bon ozone" puisqu'il nous protège du rayonnement UV solaire. (24)

De façon surprenante, les concentrations d'ozone mesurées loin des sources des précurseurs (une agglomération par exemple) sont plus élevées que celles mesurées près des sources. En effet, sur une ville par exemple, les émissions de NO (liées au trafic notamment) sont élevées. L'ozone est détruit par le NO. Le NO agit comme un puits d'ozone puisqu'il le consomme. Si le nuage de polluants formé sur la ville se déplace à la campagne, ou les émissions de NO sont moindres, les concentrations d'ozone augmentent puisque l'ozone n'est plus consommé.
-La pollution photochimique est un phénomène caractéristique des situations estivales anticycloniques.

L'ozone a des effets sur la santé humaine, les écosystèmes forestiers et agricoles, de plus ce phénomène de pollution photo oxydante est intimement lié à celui des pluies acides.

2-4-Effet de serre

L'effet de serre est un phénomène naturel lié à l'absorption des rayonnements Infra Rouge (IR) de grande longueur d'onde renvoyés, par la surface terrestre, par des composés présents dans l'atmosphère : CO₂, CH₄, H₂O, O₃, N₂O, CFC. Une partie du rayonnement IR n'est pas renvoyé vers l'espace. Il y a donc absorption d'énergie. Cette énergie est transformée en chaleur. La plupart de ces composés sont présents à l'état naturel ce qui a permis le développement et le maintient de la vie sur Terre. La température moyenne sur terre est de 15°C, si l'effet de serre naturel n'existait pas, la température moyenne serait de - 18°C. (10)

Depuis l'ère industrielle, il y a accroissement des concentrations des gaz à effet de serre :

· CO₂ lié principalement aux combustions industrielles, domestiques et aux transports.

· CH₄ lié principalement aux pratiques agricoles : riziculture par exemple, élevage.

2-5-Appauvrissement de l'ozone stratosphérique

L'ozone est le composé prépondérant dans la haute atmosphère à une altitude de 25 km. L'ozone stratosphérique est qualifié de bon ozone car il absorbe le rayonnement UV solaire et nous préserve ainsi contre le risque de cancer cutané et autres mutations génétiques. Il préserve également l'activité photosynthétique des plantes.

La baisse anormale des concentrations d'ozone au pôle Sud au sortir de l'hiver polaire, au moment de l'apparition du soleil a été mise en évidence en 1980. Durant la fin de l'hiver austral, au moment où le soleil apparaît, la teneur en ozone diminue de 40 à 60%. Le déficit maximum se situe vers 20 - 25 km. (14)

De nombreux composés peuvent détruire l'ozone (OH, H, NO, Cl, Br, HO₂). Une forte corrélation entre le déficit en ozone et les concentrations en ClO a été mise en évidence. La présence des radicaux Cl et ClO dans la stratosphère est liée à l'émission naturelle de chlorure de méthylène par les océans et aux chlorofluorocarbures (CFC) émis par les activités humaines. Les CFC sont des molécules très stables. Ces molécules sont transportées dans la stratosphère où elles libèrent le chlore et perturbent ainsi l'équilibre naturel régissant la présence d'ozone à cette altitude.

Le phénomène de baisse annuelle des concentrations d'ozone est plus marqué au pôle Sud, qu'au pôle Nord en raison de conditions différentes. Au pôle Sud, un vortex apparaît pendant l'hiver. Les températures sont de l'ordre de - 80° à - 100 °C. Les nuages contiennent alors de fins cristaux de glace qui fixent le chlore sous forme de HCl et de NO₂ClO. Dès que le soleil réapparaît, le rayonnement UV libère les radicaux Cl et ClO qui réagissent avec l'ozone rapidement. Au pôle Nord, il n'y a pas formation de Vortex mais formation d'une multitude de trous.

La baisse des concentrations d'ozone de la stratosphère pourrait avoir des effets climatiques et biologiques. (23)

3-Principales sources de pollution

La pollution de l'air résulte principalement des gaz et particules rejetés dans l'air par les véhicules à moteur, les installations de chauffage, les centrales thermiques et les installations industrielles : oxydes de carbone, de soufre et d'azote, poussières, particules radioactives, produits chimiques, di oxygène, etc.

On distingue deux types de sources ; anthropiques (ex : émissions des chaudières, moteurs, usines, etc.) et naturelles (ex volcanisme, érosion éolienne, émissions naturelles de méthane ou d'ozone). Cette distinction est parfois difficile à établir ; la dégradation anthropique des sols (ex: réchauffement des pergélisol) peut favoriser des émissions de méthane qu'on jugera ou non naturel, de même qu'une aridification anthropique induite par le drainage, le surpâturage, la salinisation et dégradation des sols favorise des envols de poussière qu'il est difficile de différencier des envols naturels à partir des déserts originels.(7)

3-1-Sources de pollution

La liste des polluants atmosphériques est longue. Aux classiques habituels mais toujours réels polluants tels que les poussières, le SO₂, les NOx, le CO, les métaux lourds, les composés organiques volatils, le fluor, l'acide chlorhydrique, sont venus s'ajouter progressivement d'autres substances telles que les gaz à effet de serre : le CO₂, le CH₄, le N₂O, les CFC, HFC, PFC et SF₆ et d'autres substances telles que l' ozone, les organochlorés ( dioxines et furannes), les HAP (Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques).

Bien entendu les sources émettrices de polluants dans l'atmosphère sont fort nombreuses et concernent tous les secteurs relatifs aux activités humaines (domestique, industrie, agriculture, transports, etc.) ainsi que la nature. On constatera que la part des émissions dévolue à chaque secteur varie considérablement selon les constituants, notamment en ce qui concerne les secteurs principalement consommateurs d'énergie.

3-2-Particules solides

Pour des raisons physiologiques et psychologiques la pollution par les poussières a été très tôt ressentie par les populations et a fait l'objet de réglementations depuis fort longtemps bien que la toxicité soit souvent moindre que de nombreux constituants gazeux. Cette dernière affirmation doit bien entendu être modulée selon la nature des poussières et leur granulométrie (fines poussières < 2,5 um, fibres et poussières d'amiante,...).

Les principales sources sont les installations de combustion et les procédés industriels tels que l'extraction de minéraux, cimenterie, aciérie, fonderie, verrerie, plâtrière, chimie fine, Les émissions de poussières ont très fortement diminué depuis 20 ans. Les particules solides servent de vecteurs à différentes substances toxiques voire cancérigènes ou mutagènes ( métaux lourds, HAP,...) et restent de ce fait un sujet important de préoccupation.

4-Métaux lourds
Il existe différentes sources de métaux lourds qui contaminent l'atmosphère :

4-1-L'arsenic

L'arsenic (As) provient, d'une part, de traces de ce métal dans les combustibles minéraux solides ainsi que dans le fioul lourd et, d'autre part, dans certaines matières premières utilisées notamment dans des procédés comme la production de verre, de métaux non ferreux ou la métallurgie des ferreux. (2)
4-2-Le Cadmium

Le cadmium (Cd) pour sa part est émis par la production de zinc et l'incinération de déchets essentiellement. La combustion à partir des combustibles minéraux solides, du fioul lourd et de la biomasse engendre une part significative des émissions.

Le chrome (Cr) provient essentiellement de la production de verre, de ciment, de la métallurgie des ferreux et des fonderies. (11)

Le cuivre (Cu) provient majoritairement de l'usure des caténaires induites par le trafic ferroviaire. Par ailleurs, comme pour les autres métaux lourds, les procédés de la métallurgie des métaux ferreux et non ferreux, le traitement des déchets et la combustion constituent à des degrés divers les principales sources émettrices de cuivre.

Le mercure (Hg) est émis en quantité faible, mais toujours trop importante, par la combustion du charbon, du pétrole, la production de chlore, mais aussi par l'incinération de déchets ménagers, hospitaliers et industriels. Les actions préventives ont permis de diminuer les émissions de mercure de façon notable au cours des dernières années. Quantités d'Hg émises à l'atmosphère, (1)

Le nickel (Ni) est émis essentiellement par la combustion du fioul lourd qui contient de traces de ce métal. Quantités de Ni émises à l'atmosphère
Le plomb (Pb), était principalement émis par le trafic automobile jusqu'à l'interdiction de l'essence plombée (01/01/2000). Les autres sources de plomb sont la première et de la seconde fusion du plomb, la fabrication de batteries électriques, la fabrication de certains verres (cristal), etc. La toxicité du plomb est très aiguë (saturnisme), aussi les émissions sont-elles très sévèrement (25)

5-Pollution atmosphérique par les particules

L'injection des particules solides dans l'atmosphère constitue un élément important de contamination par l'activité humain. (Ramade François) (16)

Pour aborder les ouvrages ou les travaux sur la pollution par les particules un certain nombre de termes doivent être connus : les particules ou les poussières qui correspondent a un état devisé de la matière, souvent désignées sous le terme d'aérosol qui a été utilisé pour la première fois a la fin de la première guerre mondiale (guerre chimique et bactériologique, écran des particules pour affecter la visibilité et masquer les troupes en opération). (Fontan jacque) (10)

Un aérosol (c'est du grec) est le mélange d'un gaz, en générale l'air, et de fines particules en suspension forme un système colloïdale.

5-1-Les particules atmosphériques

Que recouvrent les termes poussières, particules ou aérosols ? Nous tenterons ici de définir plus précisément la nature physico-chimique des particules présentes dans l'atmosphère, tout en insistant sur la spécificité de celles émises par l'automobile et notamment la motorisation Diesel. (3)

Les particules sont solides ou liquides et résultent essentiellement de composés solides du carbone, des hydrocarbures non brûlés, mais aussi de l'usure des pneus et des métaux lourds. Leur taille est donc réduite et les place à une échelle microscopique.
Dans la littérature, on emploie bien souvent indistinctement différents termes pour définir ce type de pollution. Parmi eux :

· les aérosols sont formés de particules solides ou liquides de dimension inférieure à 100 micromètres. La définition stricte est la "suspension, dans un milieu gazeux, de particules solides ou liquides présentant une vitesse de chute négligeable." (LE PETIT ROBERT) On peut également parler de particules insédimentables. Les aérosols correspondent donc aux plus fines particules

(Qualifiées comme telles d'après la méthode de prélèvement associée) sont des particules carbonées de diamètre inférieur à 5 um jusqu'à 0,1 um environ

Qui sont faites de particules solides inférieures à 75 um, les plus grosses retombant prés de la source d'émission

Le terme de "particules" englobe en fait l'ensemble des définitions précédentes indifféremment des propriétés physico-chimiques de chacune d'elle. C'est l'expression générique. Ce composant atmosphérique peut-être soit d'origine naturelle ou lié aux émissions anthropiques de polluants.

Polluants	Sources	Quelques effets
Particules	-fumer de combustion de charbon, pétrole, bois, volcan -poussières de l'agriculture, des incendies des forêts. -poussières des incinérations d'ordure.	-Irritation d'organismes vivants. -Contamination de chaîne trophique.
Dioxyde de soufre	-Combustion de charbon et essence	-Toxique pour les plantes sous forme des pluies acides. -Irritation au niveau du VRS
Oxyde d'azote	-Echappement d'automobile	-Irritation du VRS
Monoxyde de carbone	-Echappement d'automobile	-Asphyxie (réduction d'oxygène dans le sang).
L'ozone	-Sources industrielles	-Toxique pour les plantes. -Irritation du VRS.
Hydrocarbures	-Echappement d'automobile	-L'apparition des nitrates de peroxyacétyle PAN (smog), -Irritation du VRS.
Fluors	-Aluminium et les engrais Industriels.	-Irritation du VRS et les yeux.
Hydrogène de soufre	-Les raffineries de pétrole, les industries chimiques.	-Irritation du VRS et les yeux.
Ammoniacs et phosphogéne	-Les industries chimiques.	-Bloqué la respiration, dépression du système nerveux.
Arsenic	-Industries des métaux lourds.	-Irritation du VRS, cancérogène.
Aldéhydes	-Combustion incomplètes les raffineries de pétrole, les incinérateurs d'ordures.	-Irritation des yeux.
Smogs	-Des oxydes d'azote, hydrocarbure et les rayons ultraviolets.	-Problème respiratoire

5-2-La granulométrie des poussières

Les particules dispersées dans l'air peuvent se classer par ordre de tailles décroissantes en catégories distinctes selon ramad .f (2005)

Des grosses particules mesurent en moyenne 20u, se localisent dans les basses couches la troposphère (au-dessous de 3000m) et retombent dans les environs de leurs sources d'émission .elle prédominent dans l'atmosphère des agglomérations fortement industrialisées. (Bliefert, Perraud)(6)

5-3-2-Poussières semi-fines

Des particules semi-fines peu ou pas sédimentables, elles ont une ville comprise entre 2.5et 0.1u cette dernière dimension représente la limite inférieure au de la quelle la sédimentation n'est plus possible à cause du mouvement brownien dont l'accélération devient supérieur à celle de la gravitation .elle sont malgré tout ramenées tôt au tard au sol, même si leur taille est faible que 1000°A, par les

5-3-3-Poussières infra microscopiques insédimentaux

Des particules très fines (des aérosols).leur tailles peut descendre au -dessous de 10°A, leur diamètre moyen est à peine de 300°A .elles sont de composition inconnue par suite de la masse infine qu'elles représentent par rapport aux autres constituants de poussières. (Ramade François)

Globalement, la majorité des aérosols ont un diamètre compris entre 0.1et 20u .ils jouent un rôle très important dans les principaux phénomènes atmosphérique par suite de leur pouvoir de diffusion des radiations, le duel interfère avec de nombreux facteurs écologique de première importance (éclairement, température au sol)

Dans l'atmosphère, les particules ont une origine naturelle, c'est le cas de l'activité volcanique, de la génération par la mer sous l'action du vent et des vagues, une origine que l'on peut encore considérer comme naturelle mais avec une pression de l'homme sur la nature, c'est le cas de l'érosion éolienne, des feux de végétation ou de foret, des matériaux biologiques comme les bactéries, les spores, les pollens

L'activité industrielle crée des polluants très varies , ceux-ci sont constitues de manière générale , des produits faisant l'objet d'une fabrication , ou de produits primaires ou intermédiaires de cette fabrication , ou encore de produit de décomposition des produits précités , ces émissions peuvent être continues ou discontinues .A titre d'exemple on peut cité

C'est une source considérable d'émission de poussière (ces poussières sont de composition chimique variable et de granulométrie déverse), allant de 10 à 100u suivant des procédés utilisés.

Dans l'industrie des métaux non ferreux tels que le zinc,le suivre et le plomb . La diverse opération de grillage de raffinage et de fusion dans les fours provoque des émissions de vapeurs métalliques qui se répandent dans l'atmosphère, s'oxydent et se subliment en fines particules qui peuvent sédimenter ou rester en suspension.

Si le baillage et la pulvérisation des matières se font aujourd'hui en vase clos et ne représente donc plus de dangers de pollution, le finissage des pièces, lui, se fait au papier de verre. De plus, entré les deux cuissons que subissent les pièces durant leur préparation, elles sont époussetées au plumeau.l'empoussierage reste donc, important malgré une ventilation aspirante.

5-5-Les particules du trafic routier

Les particules issues du transport se composent principalement des suies qui sont des fumées noires dues à la combustion incomplète, des hydrocarbures présents dans les carburants eux-mêmes et surtout du plomb ajouté comme anti-détonnant

Les cimenteries émettent des quantités considérables de poussière .leur présentation détaillée fera l'objet de notre étude

Egalement le tableau n °3 représente les sources des aérosols d'origine naturelle, humaine et les émissions des poussières en tonne/an

6-L'influence des conditions météorologiques sur la pollution atmosphérique

Les mouvements de l'atmosphère contribuent des polluants émis : on distinguera les mouvements horizontaux, c'est-à-dire les vents et les mouvements verticaux, c'est-à-dire les ascendances, les pluies et la température qui sont des facteurs météorologique importants

Souvent fort apparente, même pour le moins averti des observateurs, la pollution atmosphérique est cependant difficile à analyser car les niveaux du taux des principaux agents polluants varient beaucoup selon les conditions météorologiques

A prés leurs rejets dans l'atmosphère, les polluants vont être transportés par les vents dispersés par la tirulence atmosphérique, tout cela allant dans la sens dilution.cet aspect transport dilution, qui dépend de l'altitude d'injection et des conditions météorologique, sera abordé plus loin. en cas de calme atmosphérique (stabilisation ou stagnation), c'est-à-dire l'absence des courants d'air, les polluants s'accumulent au voisinage des lieux d'émission

Les précipitations sont généralement associées è une atmosphère instable, qui permet également une bonne dispersion de la pollution atmosphérique, par ailleurs, la pluie est un facteur de nettoyage de l'atmosphère, elle entraîne les polluants les plus lourds

La variation de température entraîne un mouvement vertical ascendant des particules d'air des couche inférieures de l''atmosphére vers les couches supérieures, ce mouvement s'appelle convection thermique, il entraîne avec lui les particules polluants.

Si la température en hauteur est plus grande au niveau du sol, on à le phénomène d'inversion thermique et dans ce cas il n'y a plus d'élévation de particule d'air et donc plus d'éloignement des polluants de leur source d'émission

7-Effets des dépôts atmosphériques sur l'environnement

Les dépôts d'origine atmosphériques sont pour les écosystèmes naturels une charge supplémentaire par apport aux teneurs naturelles du fond géochimique sole et eau

L'exposition à une pollution atmosphérique par les métaux lourds est connue pour provoquer des effets dommageables, a court ou a long terme, aux systèmes vivants-écosystèmes terrestres ou aquatiques- ou inertes- patrimoine bâti- matériaux-, mais ces effets sont difficiles a quantifier puisqu'ils produisent sur des systèmes présentant des seilles de vulnérabilité différents.

Les effets toxiques des métaux dépendent de leurs doses, a l'exception du Plomb, Cadmium, Mercure qui sont toujours toxiques. Et de leur forme chimique. Ces effets sont multiples chez les végétaux et les animaux. Et se traduisent par diminution de la fonction de reproduction -chrome- des baisses de croissance, de productivité ou de biodiversité- Arsenic, Cadmium, Vanadium- une apparition de nichrose- Nichel- ou encore des troubles neurologiques, digestifs, cardiovasculaires, ou rénaux- Mercure-

Dans les systèmes aquatiques, la pollution métallique affecte la qualité des eaux de surfaces et des nappes phréatiques pouvant aller jusqu'à une limitation de l'utilisation de l'eau. Dans les systèmes terrestres les métaux s'accumulent dans les soles et peuvent contaminer les cultures. Néon moins, les effets des métaux lourds sur les écosystèmes ne peuvent pas toujours être bien établis en raison d'émergence d'organismes résistants ou adaptés. (5)

D'une manière générale, tous les végétaux sont des accumulateurs de métaux, qu'ils soit aquatiques- Algues- ou terrestres- mousses, champignons, lichens, feuilles des arbres , légumes...premier maillons de la chaîne alimentaire, les végétaux sont le point de dépare du transfère des métaux dans la chaîne , et peuvent ensuite se concentré de manières parfois importantes dans les échelons trophiques supérieurs- bio magnification- le cas du transfère du Mercure dans la chaîne alimentaire est a ce titre exemplaire, il conduit a l'augmentation des niveaux de Mercure dans la chair des poissons. Dans les tessus et les oeufs d'oiseaux marins, et dans certains organes- foie, reins- des grands Mammifères terrestres, a des niveaux qui peuvent alors deviens préoccupantes pour la consommation humaine. Les coquillages filtreurs, également consommés en tant que fruit de mer, sont également connus pour concentrer les métaux.

Bien que des différences soient observés selon les métaux, beaucoup seront susceptible d'être bio accumulés. Parmi les facteurs environnementaux influençant la bio accumulation, l'acidité est certainement le plus important puisqu'elle favorise la dissolution et le lessivage des métaux, augmente leur bio disponibilité et, dans certains cas, l'émergence de certaines formes chimiques plus toxiques- Aluminium par exemple- ceci explique l'impact non négligeable qu'on eu les pluies acides dans les années 1970 sur les écosystèmes aquatiques et terrestres.

8- Effets de la pollution sur la flore

Les dommages causés par la pollution atmosphérique peuvent se manifester de plusieurs façons. Ils peuvent apparaître rapidement sur le feuillage, sous la forme de lésions nécrotiques (tissus morts). Ils peuvent aussi être lents à se manifester et entraîner le jaunissement ou la chlorose de la feuille. On peut aussi remarquer un ralentissement de croissance au niveau de différentes parties de la plante. Il arrive que les plants meurent tout de suite, mais la mort se produit habituellement après des attaques répétées.

L'ampleur des dommages diffère d'une année à l'autre, et l'on utilise souvent le haricot blanc comme culture indicatrice du niveau de dommages à cause de sa grande sensibilité. Outre le haricot blanc, les cultures suivantes sont aussi considérées comme sensibles : le concombre, la vigne, le haricot vert, la laitue, l'oignon, la pomme de terre, le radis, l'épinard, le maïs, le tabac, et la tomate. Les espèces résistantes comprennent le poirier et l'abricotier.

Les symptômes de la pollution par l'ozone (figure 1) se manifestent habituellement sur la face supérieure des feuilles. Des picots apparaissent ou le feuillage devient bronze ou décoloré. Même si des baisses de rendement sont habituellement associées à des blessures foliaires visibles, il arrive qu'on subisse des pertes de récolte en l'absence de tout signe de stress attribuable à un polluant. D'un autre côté, il arrive aussi que certaines cultures souffrent de blessures foliaires sans que leur rendement ne soit affecté.

La sensibilité à l'ozone est influencée par de nombreux facteurs liés à l'environnement et à la croissance. Cette sensibilité est plus grande quand l'humidité relative est élevée, quand le sol renferme un niveau optimal d'azote et que l'eau est disponible. Chez les dicotylédones, la sensibilité à l'ozone dépend aussi de la maturité. Les feuilles les plus jeunes sont résistantes. En se développant, elles deviennent successivement sensibles dans leur partie médiane et basale. Les feuilles deviennent à nouveau résistantes une fois qu'elles sont parvenues à complète maturité.

Chapitre 2

1-Situation géographique et cadre administratif d'Ain El Kebira

Ain El Kebira est située à une trentaine de kilomètres au Nord de la ville de Sétif, en vertu de la loi N° 84/09 du 4 février 1984 relatives à l'organisation territoriale du pays, la commune de Ain El Kébira est limitée au Nord par les communes de Babor et de Serdj El Ghoul, à l'Est par la commune de Dehamcha, à l'Ouest par la commune d'Amoucha, au sud par la commune de Béni Fouda et au Sud Ouest par la commune d'Ouled Adouane.

La population d'Ain El Kebira est estimée à 56703 habitants répartie sur une superficie de 19592 Km² avec une densité populaire égale à 2.89hab/Km².

La région est caractérisée deux secteurs d'activité très importants ; l'un agricole, avec une superficie utile de 2953 h (en 2000) et industriel constitué de deux unités : l'unité de cimenterie (ERCE) et l'unité de boulonnerie, coutellerie et robinetterie (BCR). (Arab N .Sethi S, 2006)

2- Réseaux hydrographiques

Les oueds se caractérisent par un écoulement irrégulier conséquence des données climatiques et des précipitations, ils sont dans la majorité secs en été et parcouru par des crues violentes et fréquentes pendant la saison pluviale. Parmi les principaux oueds : Oued Ez-zatine avec une altitude de 1100m et Oued Bou-Bellal.

3- Climat

Le climat de notre zone d'étude est de type méditerranéen continental semi-aride il s'étale vers le subhumide avec deux saisons : l'une hivernale pluvieuse et froide, l'autre estivale longue, sèche et chaude (Daguet H, 1977).

Pour illustrer le climat de la zone d'étude nous avons retenu comme référence les données de la station météorologique de la ville de Sétif. Ces données portent sur la période 1994-2005, soit une durée de 11 années.

Le sol et le régime hydrique sont directement influencés par les précipitations en particulier pendant la saison pluvieuse. A Ain El Kebira, le régime pluviométrique présente une grande variabilité inter-mensuelle et saisonnière (Arab N .Sethi S, 2006).

La pluviométrie est très irrégulière mais relativement importante. Selon les données de la station météorologiques illustrées dans le tableau n° 4, les précipitations annuelles se situent autour de 700mm, c'est une région plus arrosée par rapport à Sétif (chef lieu de la willaya) entre (300-500mm).

Les précipitations mensuelles maximales sont enregistrées en Décembre et Janvier avec une pluviométrie mensuelle d'environ 260mm.

Figure 1 : La moyenne de la quantité de précipitation en mm à Ain El Kebira

La période la plus chaude de l'année correspond au mois de Juin, Juillet, Août (l'été) le reste des mois de l'année représente la période humide.

Figure 2 : La moyenne du pourcentage d'humidité à Ain El Kebira (1994-2005).

La région de Ain El Kebira est une région montagneuse elle connaît un enneigement régulier pendant l'hiver avec environ 16 jours de neige/ans. Elle est connue aussi par ses gelées assez fréquentes, le mois de Janvier enregistre le plus grand nombre de jours de gelées.

Les données du centre météorologique de Sétif, illustrées par le tableau n° 6, font ressortir que les températures se distinguent par des variations fortes importantes pouvant aller jusqu'à 3,73 C° en périodes hivernale et plus de 34 C° en été, les températures les plus basses s'observent durant le mois de Janvier, et les températures les plus élevées se manifestent durant les mois de Juillet, août.

Figure 3: Moyenne mensuelle des températures en C° à Ain El Kebira (1994-2005)

Le vent est l'élément du climat qui accentue les effets de la température par son rôle asséchant en augmentant l'évapotranspiration et intervient dans le transport des poussières des différents polluants. Les vents venant en prédominance du secteur Ouest pouvant être très froids pendant l'hiver, dés le printemps et pendant l'été, la région subit des vents du sud secs et chauds influençant de manière négative la végétation locale et provoquant une érosion importante.

Aussi le Sirocco est fréquent en été et absent en Novembre jusqu'à Février, il est l'un des types de vent en Algérie, il se caractérise par des températures anormalement élevées et une humidité de l'air très faible. (Arab N .Sethi S, 2006)

3- 4 Synthèse climatique

D'une manière générale, le climat représente le facteur qui influe le plus sur le volume d'eau, une exploitation complète des données climatiques doit être réalisée pour définir le climat exact de notre zone d'étude, cela impose l'utilisation de quelques indices climatiques (Zergui Maroaune, 1998):

3-4-1- Quotient pluviothérmique d'Emberger (1955)

C'est le calcul d'indice d'aridité annuelle en tenant compte des précipitations et de la température. Cet indice a pour but la détermination de l'étage bioclimatique.

En utilisant les deux valeurs « Q2 » et « m », on se référant au climagramme d'Emberger qui définit l'étage bioclimatique. Ce dernier comporte un réseau de ligne séparatrice dans un espace orthonormé portant en ordonnés « Q2 » et en abscisse le « m ».

3- 4-2 Diagramme ombrothermique

Il définit le mois sec par la comparaison entre le total des précipitations de ce mois en mm et le double de sa température. P= 2T

D'après la formule, un mois est sec et celui ou le total de précipitations est égal ou inférieur au double de la température moyenne mensuelle exprimée en degrés centigrades.

Quand la courbe de température est au dessus de celle des précipitations, la zone délimitée représente la zone sèche. D'après le diagramme ombrothermique tracé (Zergui .M, 1998).

Pour notre zone d'étude, il ressort une période sèche qui s'étale du mois de Mars jusqu'au mois d'Octobre.

Chapitre 3

1- méthodologie d'étude et échantillonnage

Pour l'étude de l'impact des poussières du ciment sue l'arbre nous prendrons l'exemple : «" le reboisement de Ghettar » (situé dans la commune de Ain El-Kebira à une distance de 500m (à vole de oiseau) au nord de la cimenterie SCAEK. Le reboisement implanté en 1954, répartie sur une superficie de 300hectares.

L'occupation spatiale du reboisement est dominée par le pin d'Alep (Pinus halipensis Mill) mais en peut trouver quelque espèces comme le frêne (Fraxinus angustifolia), le chaîne vert (Quecus ilex) et le cyprès (Cupressus simpervirens).

Les vents dominants soufflent suivant la direction (nord-ouest) en hiver et (sud nord) en été, c'est la raison pour la quelle les poussières de ciment sont véhiculées vers le nord (le reboisement de Ghettar).

2-le choix des sites et prélèvement des échantillons

Avants de délimiter la station la plus touchée par les retombées issus de la cimenterie de Ain El-Kebira, nous nous sommes intéresses de trois station de prélèvements dans le reboisement de Ghettar. Plus trois autres stations (cimentrie, BCR, et une station témoin dans la région de Bougaa).

Ces stations (1.2.3) sont implantées au nord de la cimenterie et à différentes distances de celle-ci, (au début du reboisement au milieu et au fond).

Les valeurs des résultats analytiques sont directement conditionnées par la qualité du prélèvement. Les prélèvements des espèces représentatives des six stations étaient d'une manière aléatoire (échantillonnage aléatoire) durant la saison printanière.

Le pH indique la concentration en ions présents dans le sol, il est d'une grande importante pour la fertilité particulièrement pour sa capacité à mettre des substances nutritives à la disposition des plantes nourricières

-Mettre 10g de chaque échantillon de sol tirés des stations dans un bêcher de 100ml.

4-détermination de la conductivité électrique

La conductivité est la propriété que possède une suspension à favoriser la passage d'un courant électrique .Elle est due à la présence dans le milieu d'ions qui sont mobiles dans un champ électrique .Elle dépend da la nature de ces ions dissous et de leurs concentration .La température influe sur la conductivité car la mobilité des ions augmenta avec l'augmentation da la température

La conductivité s'exprime en siemens par mètre, on la déterminer en mesurant. A l'aide d'un instrument approprié, le courant conduit par les ions présents dans la suspension.

L'appareil utilisé s'appelle un conductimètre, il est essentiel que les mesures soient corrigées à une température de référence choisie, habituellement 25°C ; même si la température de l'échantillon diffère de cette température.

Si la mesure à 25°C n'est pas possible .par exemple sur le terrain, on notera la température de mesure

Rince plusieurs fois la cellule à conductivité d'abord avec de l'eau distillée puis avec l'échantillon à mesurer (le même procédé que celui de pH pour la préparation de l'échantillon).

5-détermination de la salinité:

Selon les moyens dont nous disposons, nous avons effectué une étude partielle de la composition chimique des poussières sédimentés.

Les matières premières"naturelles"du ciment contiennent des métaux lourds: chrome dans les sédiments ou la bauxite, zinc dans les roches détritique comme les argiles baryum et par fois strontium dans les calcaires : leur teneur n'excède pas 0.1/1000.

Le clinker fixe la plupart des métaux lourds : arsenic béryllium, tellure zinc en totalité ; le plomb et le cadmium en partie, le thallium faiblement

L'étude à permis d'accéder à la teneur de certains éléments lourds tel que : le plomb, le cuivre, cobalt, zinc, le fer.

La récolte des feuilles, des écorces, et des cônes de pin d'Alep spontanée comme une espèce dominante dans le reboisement à été effectuée dans les stations

6-la technique d'analyse par spectroscopie d'absorption atomique

La spectrométrie d'absorption atomique AAS constitue des outils privilégies d'analyse d'échantillons liquide, soit prélevés tel quels.-milieu aqueux).soit obtenus après extraction spécifique des matériaux solides (analyse des roches, sédiment, sol végétaux).

L'appareil utilisé dans notre cas est un spectrophotomètre d'absorption atomique type DR5000et de marque PERKINELMER. ACK.

Les applications développées sien du laboratoire de l'ENPEC, et de la station d'épuration de Bougaa permettent de doser, en mode flamme, la majorité des éléments chimique

La spectrométrie AAS consiste à vaporisées l'échantillon liquide et à l'aide d'une flamme. En mode flamme, l'Equipment en peut être utilisé en spectrométrie d'absorption et d'émission. La flamme est dirigée vers une lumière émise par une lampe appropriée émettant les longueurs d'onde caractéristiques de l'élément recherché. En traversant la flamme, les ondes lumineuses, dont les longueurs d'ondes correspondent à l'éliment dosé sont absorbées par les ions existées présentent dans la flamme. L'absorption est mesurée à l'aide d'un prisme dispersif et d'une cellule photoélectrique : elle est directement proportionnelle à la concentration de l'élément.

Lorsque les atomes d'un élément ont été détectés, leur retour à l'état fondamental s'accompagne da l'émission de lumière d'une fréquence F bien définie et propre à cet élément dispersé dans une flamme possédant la propriété d'absorber tout rayonnement de même fréquence F. il en résulte une absorption du rayonnement incident lié à la concentration de l'élément considérer

Le dispositif expérimental utilisé en absorption atomique se compose d'une source, la lampe à cathode creuse, d'un brûleur et un nébuliseur, d'un monochromateur et d'un détecteur relié à un amplificateur et un dispositif d'acquisition.

-dissolution des échantillons calcinés dans un bécher de 50ml contenant 10ml d'acide nitrique et 30ml d'eau distillée.

a- préparation d'une solution étalon de plomb, de cobalt, de zinc, de cuivre et de fer à 20mg/l pour chaque métal.

Chapitre 4

4_Résultats et discussions

Le pH des sols est directement lié à la nature des particules solubilisées, ces dernières peuvent être acides ou alcalines. Les résultats obtenus montrent que le pH est dans un intervalles (6.6 et 8.3).Ceci illustre le caractère homogène des dépôts qui proviennent d'une même source ou des sources identiques, ce pH est alcalin e semble être caractéristique des particules provenant des cimenteries. En effet, les composés, telle que les oxydes (MgO, Na2O, K2O) et la chaux (CaO) présents dans la matière première, réagissent dans le sol de manière alcaline. Cette chaux provient, en fait du calcaire (CaCO3) qui dans le four se transforme par élimination du CO2.

4-4-Interprétation des résultats

La mesure de la conductivité permet d'évaluer la minéralisation globale de sol et d'en suivre l'évolution :

Le tableau suivant dans une relation entre la conductivité et la minéralisation des sols ou les eaux naturelles

Conductivité us.cm -1

Minéralisation de l'eau

< 100

Entre 100 et 200

Entre 200 et 333

Entre 333 et 666

Entre 666 et 1000

< 1000

Très faible

faible

Moyenne

Moyenne accentuée

Importante

Levée

Le Taux De la charge des minéraux dans le sol est entre faible et moyenne accentuée car la conductivité électrique est située entre les valeurs 108-469 us/cm. Cela explique le phénomène de sédimentation des poussières mais à faible émission.

Les prélèvements effectués sur le reboisement d' EL GEUTTAR, Cimentrie, BCR, témoin et à travers les six stations échantillonnées, ainsi que les analyses faites au niveau du laboratoire de L'ENPEC, et de la station d'épuration (Bougaa) nous a permis d'obtenir les résultats suivants :

Une contamination à été parvenue l'or de préparation des échantillons au niveau de laboratoire de l'ENPEC.

Le plomb est un métal lourd largement utilisé par l'industrie et dans beaucoup d'autres domaines d'application. Il est considéré comme étant fortement toxique vis-à-vis de l'homme, de la flore et la faune et caractéristique d'une pollution industrielle.

Figure n°7 : Concentration de Zn (mg/l) dans les feuilles, Cone, Ecorce de Pin d'Alep dans les six stations

5-INTERPRETATION ET DISCUSSION DES RESULTATS

Les métaux lourds existent naturellement dans les planètes à de très faibles taux ( un taux négligeable ).

L'analyse quantitatives des métaux lourds par l'absorption atomique des six stations de pin d'Alep a une accumulation non homogène dans le reboisement au niveau de trois stations (1, 2 ,3) en plus les trois stations de la Cimenterie et le BCR et le Témoin.

En effet les résultats montrent les concentrations de plomb, cobalt, zinc, cuivre, chrome et de fer dans les feuilles, les cones, et les écorces de pin d `Alep.

La concentration des métaux lourds au sein de nos échantillons est inversement proportionnelle à la distance de l'unité de fabrication du ciment.

Les résultats obtenue montrent que la station 4 est la station la plus touchée par la pollution par les poussières du ciment, car elle est située juste a l'intérieure de l'unité.

On constate qu'il y a une régression de concentration des métaux lourds dans les feuilles cônes écorces de la station 2 (station intermédiaire) et la station 3 qui été relativement éloignée et protégée par les arbres de la station 1 et 2.

Les résultats des analyses des métaux lourds permettent de mettre en évidence que le plomb est présent dans les trois stations, ainsi que le cuivre, le zinc et le fer. Par contre le cobalt se trouve à l'état de traces dans les trois stations de reboisement. Ce qui nous ramenons à dire qu'il y a une augmentation de la concentration par le fer, le plomb, le zinc, et le cuivre.

Dans les émissions des poussières de ciment, la quantité ou bien la qualité peuvent engendrer des nécroses sévères et un empoisonnement des végétaux sensibles à ces éléments lourds.

L'utilisation récente du filtre à manche qui à été mis en fonction à partir de avril 2006 semble diminuer les rejets de poussières qui atteint 10 mg/Nm² toute fois les concentrations élevées sont certainement reliées à l'accumulation des métaux lourds sur les feuilles et les cones des années antérieurs à la mise en fonction du nouveau filtre.

Se qui attire l'attention l'or des prélèvements des échantillons, l'absence totale des lichens -un des meilleurs bio indicateurs de la pollution atmosphérique- au niveau de la cimenterie et la BCR, ils commencent à s'apparaître dés qu'on s'éloigne de ces deux industries.

Conclusion

Les métaux lourds existent naturellement dans les végétaux à l'état de traces, l'augmentation des taux de ces métaux lourds dans les végétaux mettent la faune, la flore, et surtout la santé humaine en danger

D'après les analyses réalésées au niveau des laboratoires, les concentrations trouvées dans les différents parties de Pin d'Alep montrent que la région à subi un vrais phénomène de pollution atmosphérique par le Fer, Plomb, et le Cuivre qui marquent les concentrations les plus élevées dont les plus importantes sources restent la cimenterie, et la BCR.

Une politique de dépollution et d'aménagement des territoires pollués doit être prise par les autorités et les responsables qui ont le pouvoir d'alarmer la situation, avant l'apparition des cadastres plus graves qui coutent plus chères, et qui prennent beaucoup de temps pour arriver a les limités

Annexe

Résumé

Notre travail consiste à mètre en évidence la pollution de la région d'Ain El Kebira et précisément le reboisement d'El Guettar qu'a marqué des fortes concentrations en Plomb, Fer, et Cuivre, d'après nos analyses, au voisinage avec d'autres métaux tel le Chrome, Cadmium, analysés par nos collègues.

Ces doses confirment les effets néfastes qu'ont subis le reboisement, et la région toute entière

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