Comment se produit la pollution par les métaux lourds dans l'eau

Entre 1800 et 1945, les premiers produits chimiques ont commencé à être fabriqués et utilisés de manière exponentielle à mesure que la population augmentait. La plupart de ces produits étaient composés de métaux ou de dérivés. Tout en augmentant l'utilisation de produits chimiques a également augmenté son apparence dans les eaux. Les métaux lourds proviennent pour la plupart de la nature mais, lorsque leur structure est modifiée ou qu'ils entrent en contact avec des êtres vivants, ils peuvent avoir des effets sur la santé, voire la mort, et déstabiliser les écosystèmes aquatiques. Nous expliquerons comment la contamination par les métaux lourds se produit dans l’eau .

Métaux lourds: définition et exemples

Les métaux lourds sont un groupe d'éléments chimiques dont les masses atomiques sont comprises entre 63, 55 (cuivre) et 200, 59 g / mol (mercure) et leurs densités comprises entre 4 et 7 g / cm3. Les métaux lourds les plus utilisés et connus pour leurs problèmes environnementaux sont:

  • Plomb (Pb)
  • Mercure (Hg)
  • Zinc (Zn)
  • Cadmium (Cd).
  • Cuivre (Cu).
  • Molybdène (Mo).
  • Manganèse (Mn).
  • Nickel (Ni), entre autres.

D'autres éléments toxiques plus légers sont également inclus, tels que:

  • L'aluminium (Al).
  • Béryllium (Be).
  • L'arsenic (comme).

Les métaux lourds proviennent d'une grande variété de sources, naturelles et artificielles:

  • Les sources naturelles correspondent aux minéraux riches en métaux de la roche mère ou des volcans.
  • Les sources anthropiques ou artificielles correspondent aux gisements miniers, aux industries, aux sources d’énergie et à tout ce qui concerne leur transport.

Plusieurs métaux lourds sont essentiels au bon fonctionnement de l'écosystème. Les métaux tels que le fer, le cuivre, le zinc et le molybdène sont nécessaires pour les plantes et les animaux car ils font partie des enzymes et d'autres protéines. Par exemple, l'hémocyanine, une protéine du plasma sanguin responsable des échanges gazeux chez les crustacés, les mollusques et les arachnides, contient du cuivre. Surtout en mer, mais aussi dans les eaux douces, le fer limite la production primaire, tandis que le molybdène limite le taux de fixation de l'azote. Ces métaux doivent être présents dans la nature à de faibles concentrations, mais s'ils sont présents à des concentrations plus élevées, même s'ils sont légèrement, ils peuvent être toxiques. D'autres métaux lourds tels que l'arsenic, le cadmium, le plomb et le mercure sont simplement toxiques et ne sont pas nécessaires pour les activités biologiques.

Pollution par les métaux lourds dans l'eau

La pollution de l'environnement par les métaux lourds apparaît lorsque leur extraction et leur utilisation s'intensifient . Le développement urbain a également contribué à l'entrée de métaux lourds au centre, car pour l'urbaniser, il est nécessaire de transformer le sol et la roche mère en dessous. En outre, les eaux usées non traitées, le lessivage des décharges ou l’abandon des déchets dans l’environnement sont également une source de contamination par les métaux lourds.

L’activité industrielle et minière est responsable de la libération dans l’environnement de plomb, de mercure, de cadmium, d’arsenic et de chrome nuisibles à la santé humaine et aux autres êtres vivants.

Une grande partie du plomb provient du recyclage des piles et des débris industriels tels que les soudures, les métaux, les revêtements de câbles, etc. Le plomb contamine l'eau au moyen de sels solubles dans l'eau, principalement générés par l' industrie des peintures et de la pyrotechnie, la fabrication de poteries émaillées, la photothermographie et les techniques de coloration du verre, la fabrication de produits chimiques tels que plomb tétraéthyle (antidétonant dans l’essence) et dans l’industrie minière, entre autres.

Le mercure présente la particularité d'être à l'état liquide dans un environnement. Cependant, ceci n'est pas aussi toxique que ses vapeurs et dérivés. Certains composés du mercure proviennent de polychlorure de vinyle (PVC) et d’autres composés chlorés, de peintures fongicides et de pesticides, d’explosifs et de détonateurs pour plastiques, destinés à des activités minières telles que l’extraction du cinabre (minerai de sulfure de mercure), de l’or et de l'argent et pour les raffineries de pétrole.

Une petite partie de la contamination des eaux par le mercure provient de l'activité biologique . Certaines bactéries anaérobies vivant au fond des lacs sont capables de transformer le mercure et d’autres dérivés inorganiques en composés organiques du mercure par des procédés de méthylation (ajout de groupes -CH3).

Un autre métal particulièrement toxique est le cadmium, qui a tendance à former des composés aqueux. Les composés de cadmium les plus couramment utilisés dans l'industrie sont les complexes d'halogénure, de cyanure et d'amine. Le cadmium pollue l’eau, principalement en raison des rejets d’eaux usées non traitées provenant d’industries telles que la finition des métaux, l’électronique, les alliages de fer et la production de fer et de zinc, la fabrication de pigments (peintures et colorants), batteries (cadmium, nickel), stabilisants plastiques, fongicides, traitements tels que l’électrodéposition et leur utilisation dans les réacteurs nucléaires.

Certains dérivés du cadmium sont utilisés comme catalyseurs et leurs sels d'acides organiques (laurate, stéarate ou benzoate de cadmium) sont utilisés en tant que stabilisants de la lumière et de la température dans les plastiques . Ces stabilisants peuvent contaminer les aliments s'ils sont stockés dans des plastiques qui les contiennent.

Les cyanures, issus de l'industrie galvanique, des raffineries et du nettoyage des métaux, sont rejetés dans les eaux usées, contaminant ainsi les écosystèmes aquatiques. D'autres métaux tels que l'arsenic, le cuivre et le chrome sont largement utilisés comme produits de préservation du bois et les cendres de charbon contiennent des traces de nombreux métaux lourds.

En général, les métaux lourds, à l'exception de l'arsenic, du molybdène et du sélénium, sont peu solubles dans les eaux alcalines (pH> 7) et peuvent se lier aux particules organiques. De cette manière, les métaux peuvent apparaître à de très fortes concentrations toxiques dans des eaux apparemment pures, vierges et claires, comme les eaux oligotrophes d’une rivière en montagne. Les concentrations de métaux lourds peuvent être particulièrement élevées dans les eaux douces traversant des zones contenant des minerais de soufre ou des déchets miniers.

Métaux lourds et santé: conséquences

Les métaux lourds sont des agents puissants qui ont des effets importants sur les écosystèmes d'eau douce. Ces métaux se trouvent généralement en faibles concentrations, en parties par million (ppm) ou en parties par milliard (ppb), de sorte qu’ils sont difficiles et coûteux à détecter.

Certains bioindicateurs, tels que les macroinvertébrés aquatiques, peuvent accumuler des métaux lourds dans votre exosquelette, même pendant des semaines et des mois. Par exemple, les larves de plecópter sont de bons bioindicateurs de la concentration moyenne en métaux tels que le cadmium et le molybdène dans les cours d'eau de montagne affectés par les rejets d'eaux usées provenant des mines.

Bien que les métaux soient en faibles concentrations, ils ont une série de conséquences sur les écosystèmes, ce que nous expliquerons ci-dessous.

Effets létaux et sublétaux sur les organismes

Les effets des métaux lourds peuvent être classés en effets aigus ou chroniques . Les effets aigus se produisent sur une courte période et finissent généralement par tuer ou endommager gravement des organismes. Les effets sublétaux typiques sont la diminution du taux de croissance et les changements de comportement ou de développement.

Par contre, les effets chroniques sont ceux qui se produisent à long terme. Beaucoup de métaux sont:

  • Cancérogène : ils causent le cancer.
  • Tératogènes : ils ont des effets négatifs sur le développement.
  • Mutagène : endommage l'ADN.
  • Neurotoxique : affecte négativement les fonctions neuronales et cognitives.
  • Les perturbateurs endocriniens : ils agissent ou interfèrent avec les hormones.
  • Ils peuvent même endommager le système immunitaire des organismes.

Bioaccumulation

Les métaux lourds ont également des effets indirects sur les êtres vivants, car ils se bioaccumulent dans les organismes et se déplacent dans les réseaux trophiques. De nombreux métaux, tels que les composés organiques du mercure, sont lipophiles, c'est-à-dire qu'ils sont plus solubles dans les graisses que dans l'eau et ont donc tendance à s'accumuler dans les tissus adipeux de l'animal. Bien que de nombreux métaux soient présents en faibles concentrations, de l'ordre de parties par billion (ppt), ils peuvent être ou ne pas être toxiques directement pour les êtres vivants. Cependant, en raison de la bioaccumulation, ils peuvent s'accumuler à des niveaux très toxiques dans les organismes.

Biomagnification

La biomagnification est le processus par lequel les métaux lipophiles montent dans la chaîne trophique, de la proie au prédateur. Par exemple, lors de la filtration de l'eau, le phytoplancton accumule les métaux lipophiles dans votre corps, ce qui entraîne une concentration plus élevée des métaux dans le corps que dans l'eau. Lorsque le zooplancton consomme du phytoplancton, une partie de ces métaux est transférée aux graisses contenues dans le zooplancton, ce qui en augmente la concentration par rapport à celle du phytoplancton. Ce processus se poursuit vers le sommet de la chaîne alimentaire. Une règle très courante dit que chaque niveau trophique est capable d’accumuler jusqu’à dix fois plus de toxicité que le niveau trophique précédent.

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