Entre les années 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. En même temps que l'utilisation des produits chimiques augmentait, leur apparition dans les eaux augmentait également. Les métaux lourds proviennent majoritairement de la nature mais lorsque leur structure est modifiée ou qu'ils entrent en contact avec des êtres vivants, ils peuvent provoquer des effets sur la santé voire la mort et déstabiliser les écosystèmes aquatiques. Dans Green Ecologist nous allons vous expliquer comment se produit la pollution par les métaux lourds dans l'eau et ses conséquences.
Que sont les métaux lourds 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 varient 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 :
- Aluminium (Al).
- Béryllium (Be).
- Arsenic (As).
Les métaux lourds proviennent d'un grande variété de polices, à la fois naturel et artificiel :
- le Sources naturelles ils correspondent à des minéraux riches en métaux issus du substratum rocheux ou des volcans.
- le sources anthropiques ou artificielles correspondent aux gisements miniers, industries et sources d'énergie et tout ce qui concerne leur transport.
Divers métaux lourds sont indispensables au bon fonctionnement de l'écosystème. Les métaux tels que le fer, le cuivre, le zinc et le molybdène sont nécessaires aux plantes et aux 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 dans la mer, mais aussi dans les eaux douces, le fer agit comme un facteur limitant dans la production primaire, tandis que le molybdène agit comme un facteur limitant dans le taux de fixation de l'azote. Ces métaux doivent être naturellement présent à de faibles concentrations mais s'ils sont à des concentrations plus élevées, même 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 aux activités biologiques.
Comment la pollution par les métaux lourds se produit dans l'eau
La pollution de l'environnement par les métaux lourds apparaît lorsque l'extraction et l'utilisation de ceux-ci sont intensifiées. Le développement urbain a également contribué à l'entrée de métaux lourds dans l'environnement, car pour urbaniser, il est nécessaire de transformer le sol et le substratum rocheux en dessous. De plus, les eaux usées non traitées, le lixiviat de décharge ou le déversement de déchets dans l'environnement sont également une source de contamination par les métaux lourds.
La activité industrielle et minière Il est responsable du rejet dans l'environnement de plomb, de mercure, de cadmium, d'arsenic et de chrome, nocifs à la fois pour la santé humaine et pour les autres êtres vivants.
Une grande partie du plomb est libérée du recyclage des piles et des déchets industriels tels que les soudures, les métaux, les revêtements de câbles, etc. Le plomb pollue l'eau à travers les sels hydrosolubles qui sont principalement générés dans l'industrie de la peinture et pyrotechnie, dans la fabrication de poterie émaillée, dans les techniques de photothermographie et de coloration du verre, dans la production de produits chimiques tels que le plomb tétraéthyle (antidétonant dans l'essence) et dans l'industrie minière, entre autres.
Le mercure a la particularité d'être à l'état liquide dans un état environnemental. Cependant, il n'est pas aussi toxique que ses vapeurs et ses dérivés. Certains composés du mercure proviennent de usines de polychlorure de vinyle (PVC) et autres composés chlorés, peintures et pesticides fongicides, détonateurs explosifs et plastiques, issus d'activités minières telles que l'extraction de cinabre (minéral sulfuré de mercure), d'or et d'argent et par les raffineries de pétrole.
Ongle petite partie de la pollution des eaux contenant du mercure provient du activité biologique. Certaines bactéries anaérobies qui vivent au fond des lacs sont capables de transformer le mercure et autres dérivés inorganiques en composés organiques du mercure par des processus de méthylation (ajout de groupes -CH3).
Un autre métal particulièrement toxique est le cadmium, qui a tendance à former des composés aqueux. Les composés du cadmium les plus utilisés dans l'industrie sont les complexes halogénures, le cyanure et l'amine. Le cadmium pollue l'eau principalement en rejets d'eaux usées brut 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), les batteries (cadmium, nickel), les stabilisants plastiques, les fongicides, de traitements tels que l'électrodéposition et son 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 comme stabilisateurs de lumière et de température dans les plastiques. Ces stabilisants peuvent contaminer les aliments s'ils sont stockés dans des plastiques qui les contiennent.
Les cyanures, provenant de l'industrie galvanique, des raffineries et du nettoyage des métaux, sont rejetés dans les eaux usées, contaminant 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 cendres de charbon Ils 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 façon, les métaux peuvent apparaître à des concentrations toxiques très élevées dans des eaux apparemment pures, vierges et claires, telles que les eaux oligotrophes d'une rivière de montagne. Les concentrations de métaux lourds peuvent être particulièrement élevées dans les eaux douces qui traversent des zones contenant des minéraux soufrés ou des résidus miniers.
Conséquences des métaux lourds dans l'eau
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 parties par milliard (ppb), ce qui les rend difficiles et coûteux à détecter.
Certains bioindicateurs comme les macroinvertébrés aquatiques peuvent accumuler des métaux lourds dans leur exosquelette, même pendant des semaines et des mois. Par exemple, les larves de pics sont bonnes bioindicateurs de la concentration moyenne en métaux comme le cadmium et le molybdène dans les ruisseaux de montagne touchés par les rejets d'eaux usées minières.
Bien que les métaux soient en faibles concentrations, ils ont une série de conséquences sur les écosystèmes, que nous expliquerons ci-dessous.
Effets létaux et sublétaux sur les organismes
Les effets des métaux lourds peuvent être classé comme aigu ou chronique. Les effets aigus se produisent sur une courte période de temps et finissent généralement par tuer ou endommager gravement les organismes. Les effets sublétaux typiques sont une diminution du taux de croissance et des changements de comportement ou de développement.
D'autre part, les effets chroniques sont ceux qui se produisent à long terme. De nombreux métaux sont :
- Cancérogène: causent le cancer.
- Tératogénique: avoir des effets négatifs sur le développement.
- Mutagène: endommager l'ADN.
- Neurotoxique: affecte négativement les fonctions neuronales et cognitives.
- Perturbateurs endocriniens: agissent comme 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 sont bioaccumuler dans les organismes et ils se déplacent à travers les réseaux trophiques. De nombreux métaux, tels que les composés organiques du mercure, sont lipophiles, c'est-à-dire qu'ils sont plus soluble 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 se trouvent à de faibles concentrations, de l'ordre de parties par billion (ppt), ils peuvent ou non être directement toxiques pour les êtres vivants, cependant, en raison de la bioaccumulation, ils peuvent s'accumuler à des niveaux très toxiques dans les organismes.
Bioamplification
La bioamplification est le processus par lequel les métaux lipophiles remontent la chaîne alimentaire, de la proie au prédateur. Par exemple, le phytoplancton, lors de la filtration de l'eau, accumule des métaux lipophiles dans votre corps et, par conséquent, la concentration de métaux deviendra plus élevée dans le corps que dans l'eau. Lorsque le zooplancton consomme le phytoplancton, une partie de ces métaux est transférée aux graisses du zooplancton, augmentant à son tour leur concentration par rapport à celle du phytoplancton. Ce processus se poursuit vers le haut 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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