Toxicologie des métaux lourds mécanismes de transfert

INTRODUCTION GENERALE
PROBLEMATIQUE
Synthèse bibliographique
Chapitre I : Les eaux résiduaires, modalités de contamination
I.1 Les eaux résiduaires
I.1.1 Définition
I.1.2 Composition
I.2 Classification des eaux résiduaires
I.2.1 Les eaux résiduaires domestiques
I.2.2 Les eaux résiduaires industrielles
I.2.3 Les eaux résiduaires urbaines
I.2.4 Les eaux pluviales et de ruissèlement
I.3 Toxicité des eaux résiduaires
I.3.1 Toxicité sur l’écosystème
I.3.2 Concentrations admissibles des métaux toxiques dans les eaux résiduaires
I.4 Les métaux toxiques
I.4.1 Aperçu sur les polluants
I.4.2 Définition
I.4.3 Notions d’Oligo-éléments et éléments toxiques
I.4.4 Métaux et metalloïdes, notions d’incidence
I.4.5 Mobilité et biodisponibilité des métaux lourds
I.4.6 Notion de bioaccumulation des métaux lourds
I.4.7 Caractéristiques des métaux lourds
I.5 Présentation toxicologique de quelques éléments
I.5.1 L’arsenic (As)
I.5.1.1 Pathologie de l’Arsenic
I.5.2 Le cadmium (Cd)
I.5.2.1 Pathologie de Cadmium
I.5.3 Le cuivre (Cu)
I.5.3.1 Pathologie du cuivre
I.5.4 Le Chrome (Cr)
I.5.4.1 Pathologie du chrome
I.5.5 Le mercure (Hg)
I.5.5.1 Pathologie du mercure
I.5.6 Le plomb (Pb)
I.5.6.1 Bioaccumulation du Plomb
I.5.7 Le zinc (Zn)
I 5.7.1 Pathologie du Zinc
I.5.8 Le Fer
I.5.8.1 Pathologie du Fer
Chapitre II : Toxicologie des métaux lourds mécanismes de transfert : eau-sol-plantes
II.1 Les grandes fonctions de l’activité du sol
II.2 Présentation de la dynamique des polluants dans le sol
II.2.1 Le sol et la biotransformation des polluants par les microorganismes
II.2.2 Relation entre constituants du sol et les éléments traces
II.3 Transfert des éléments au niveau du bassin versant
II.4 Origine des éléments traces dans les sols
II.4.1 Origine naturelle : le fond pédogéochimique naturel
II.4.2 Origine anthropique des éléments en traces dans les sols
II.5 Pollution des sols par les ETM
II.5.1 Comportement des constituants du sol en réaction avec les ETM
II.5.2 La mobilité des éléments en trace
II.5.2.1 Le potentiel d’Hydrogène
II.5.2.2 La matière organique
II.5.2.3 Le potentiel redox
II.5.2.4 Les interactions entre éléments
II.6 Métaux lourds : La phytoremédiation
II.6.1 La phytostabilisation
II.6.2 La phytodégradation
II.6.3 La phytoextraction
II.7 Plantes et éléments traces métalliques
II.7.1 La phytodisponibilité
II.7.2 La phytotoxicité
II.7.2.1 Classification de la biodisponibilité des métaux
II.7.3 La tolérance aux métaux lourds
II.8 Les mécanismes cellulaires de l’absorption et de l’accumulation des métaux lourds
II.8.1 Mécanismes de transfert des métaux toxiques par les racines
II.9 Optimisation du captage des métaux lourds chez la plante
II.9.1 Capteur biologique : nicotianamine
II.10 Mécanismes de transferts des ETM dans les systèmes : sol-plantes
II.10.1 La présence de l’activité des microorganismes
II.10.2 Rhizosphère
Partie analytique
Chapitre III: Evaluation de la charge polluante au niveau de la plaine d’EL-Madher
III.1Situation de la plaine
III.1.1 Données climatiques de la ville de Batna
III.1.2 Le couvert végétal de la plaine
III.2 Matériel et méthode
III.2.1 Méthode
III.2.1.1-Eau
III.2.1.2 Sol
III.2.1.3 Plantes
III.2.1.4 Description des points de prélèvements des échantillons
III.2.2 Matériel
III.3 Application de la méthode indice de vulnérabilité à la pollution : DRASTIC
III.3.1 Description du DRAS
III.3.2 Calcul de l’indice
III.3.2.1 profondeur de l’eau
III.3.2.2 Charge efficace
III.3.2.3 – Martiaux de l’aquifère
III.3.2.4 Type de sol
III.3.2.5 -La pente du terrain
III.3.2.6 – L’impact de la zone vadose
III.3.2.7 – Conductivité hydraulique
III.3.3 : Commentaire de la carte de vulnérabilité
III.4 Estimation de la charge polluante métallique dans les sites sélectionnés
III.4.1 Les teneurs des oligo-éléments dans l’eau (ppm)
III.4.2 Les teneurs des éléments toxiques dans l’eau (ppm)
III.4.3 Les teneurs des oligo-éléments dans le sol (ppm)
III.4.4 Les teneurs des éléments toxiquesdans le sol (ppm)
III.4.5 les teneurs des oligo-éléments dans la plante (ppm)
III.4.6 les teneurs des éléments toxiques dans la plante( ppm)
III.5 Commentaires des résultats
III.6 Représentation graphique des oligo-éléments et éléments toxiques dans les stations d’études par le model SPSS STATISTIC
III.6.1. interprétation des résultats
III.7 Présentation du comportement de la laitue et l’orge vis-à-vis vis des oligo-éléments et éléments toxiques
III.7.1 les teneurs des oligo-éléments (ppm)
III.7.2 les teneurs des éléments toxiques (ppm)
III.7.3 Interprétation des résultats
CHAPITRE IV : Optimisation de l’effet antagoniste du Plomb par interactions sélectives Pb/Zn , Pb/Fe , Pb/Cu , investigations In-Vitro sur la plante phaseolus-vulgaris
Introduction
IV. 1- Propriétés physico-chimiques du Plomb
IV.2 – Origines de la contamination par le Plomb
IV.2.1 – Etat naturel du Plomb
IV.2.1.1 Roches et sols
IV.2.1.2-Eau
IV.2.2 – Contamination de l’atmosphère
IV.2.2.1 : Plomb d’origine industrielle
IV.2.2.2 – Plomb d’origine automobile
IV.2.2.2.1 – Adjonction de Plomb
IV.2.2.2.2 – Rejet du Plomb dans l’atmosphère
IV.3 – Action du Plomb sur l’environnement
IV.3.1 Action sur le sol
IV.3.2 – Action sur la flore
IV.3.2.1 – Accumulation du Plomb
IV.3.2.2 – Effet du Plomb sur la physiologie
IV.3.2.2.1 – Intoxication aigue
IV.3.2.2.2 – Intoxication chronique
IV.4 Interactions entre Agents toxiques
Introduction
IV.4.1 Mécanismes d’interactions
IV.4.1.1 Interactions physico-chimiques
IV.4.1.1.1 Antagonisme
IV.4 1.1.2 Synergisme
IV.4.2 – Interactions Biologiques
IV.4.2.1 – Interactions toxicodynamiques
IV.4.2. 2 – Interactions toxicocinètiques
IV.4.3. Types d’interactions élucidées
IV.4.3.1. Interactions Zinc-phosphate:
IV.4.3.2 Interaction cadmium-sélénium Cd/Se
IV.4.3.3 L’interaction cadmium-cuivre Cd/Cu
IV.4.3.4 Interaction Cadmium Zinc, Cuivre Cd/Zn/Cu:
IV.4.3.5 Interaction Cadmium-Plomb Cd/Pb :
IV.4.3.6 Interaction Cadmium-Zinc Cd/Zn :
IV. 5 Principales interactions du Plomb avec les éléments compétitifs
IV.5.1 Interaction Plomb/Calcium
IV.5.2. Interaction Plomb/Magnésium
IV.5.3 Interaction Plomb/Fer
IV.5.4 Interaction Plomb/Zinc
IV.5.5 Interaction Plomb/Cuivre
IV.5.6 Interaction plomb/cadmium :
IV .6 Moyens sélectionnés pour l’investigation
IV.6.1 Plantes moyens indicateurs de pollution
IV.6.1.1.Généralités sur les végétaux
IV.6.2 Culture du phaseolus vulgaris
IV.6.3 Composition de la solution nutritive
IV.6.4 Moyens Matériels
IV.6.4.1 Généralités
IV.6.4.2 Principe de la spectroscopie d’absorption atomique (S.A.A)
IV.6.4.3 Mode de préparation des échantillons
IV.6.4.3.1 Plante
IV.6.4.3.2 Solution nutritive
IV.7 Résultats de l’investigation
IV.7.1 Résultats de l’expérience : détermination du seul de toxicité (ES1)
IV.7.2 Résultats de l’expérience : détermination du seul de toxicité(ES2)
IV.7.3 Commentaire et interprétation des résultats : seuil de toxicité
Conclusion
IV.8 Protocole de l’interaction du Plomb avec les métaux
Introduction
IV.8.1 Mode opératoire
IV.9 Résultats de l’expérience : Interaction Pb/Zn
IV.10 Résultats de l’expérience : Interaction Pb/Fe
IV.11 Résultats de l’expérience : Interaction Pb/Cu
IV.12 Commentaires et Interprétations des résultats des
investigations
Conclusion
Chapitre V : Model propre de précipitation quantitative des métaux lourds par le langage JAVA-SCRIPT, basé sur les données de Hartinguer et Brown
Présentation
V .1 Raison de la réflexion à ce type de model
V .2 Données de bases
V .3 Utilité du model
V .4 Principe du langage
V.5 Originalité du model
V.6 Exécutable du model
Conclusion Générale
Références bibliographiques
Liste des annexes

Le mercure (Hg)

Est un métal lourd que l’on retrouve dans la croûte terrestre. Il est plus fréquent dans les zones volcaniques. Du fait de sa grande volatilité, le mercure peut être largement répandu dans la nature sous forme de traces.
Il se concentre souvent sur les particules en suspension dans l’eau ou la matière organique; on peut le retrouver, de ce fait, dans les sédiments des rivières. Par contre, la présence de mercure dans les eaux souterraines est essentiellement d’origine anthropique, liée à son utilisation dans l’industrie électrique (piles, tubes  Fluorescents…), et dans l’industrie chimique du chlore.
Sa présence dans le milieu est liée également à la combustion des combustibles fossiles et à l’élimination des déchets contenant du mercure : thermomètres,

Pathologie du mercure

Le mercure peut générer les effets suivants : irritations, troubles digestifs, pneumopathie, stomatite/inflammations buccale, Erythème scarlatiniforme/rougeur, encéphalopathie, dépression, hyperexcitation, chute de dents, convulsion, coma.

Présentation de la dynamique des polluants dans le sol

La problématique majeure s’articule souvent sur le contrôle et le devenir des polluants dans le sol.
L’accumulation des métaux lourds et des certaines molécules organiques peut engendrer des phénomènes de toxicité sur les chaines trophiques.
Il faut préciser que les polluants dans les sols sont de nature organique et inorganique.
Lorsqu’un composé est introduit dans le sol, il fait l’objet de diverses réactions physicochimiques.

La biodisponibilité des polluants du sol est liée à la partition du composé entre la phase solide et liquide , cette dernière est impérative à connaitre pour évaluer la possibilité de contamination, cette biodisponibilité s’applique aussi aux composés susceptibles de container la chaine alimentaire, les méthodes utilisées font généralement appel à l’extraction chimique et la dilution isotopique , qui est capable à offrir une mesure vraie de la disponibilité (Gérard et al,2000 : Simag et al, 2005).

Le sol et la biotransformation des polluants par les microorganismes

Les polluants inorganiques, comme les métaux ou les métalloïdes peuvent être transformés par les microorganismes.

La toxicité métaux lourds vis-à-vis des microorganismes telluriques est confirmée, leurs effets se manifestent par la dénaturation des protéines ou de destruction de l’intégrité de la membrane cellulaire affectent la croissance, la morphologie et le métabolisme de ces microorganismes (Leita et al. 1995).

Ces atteintes génèrent des réductions de la biomasse microbienne. Des investigations multiples montrent que la biomasse bactérienne d’un sol a tendance à diminuer suite à une contamination par un métal (Kandeler et al. 1996 ; Smit et al. 1997, Bååth et al., 1998 ; Konopka et al., 1999 ; Kuperman et Carreiro, 1997 ; Kelly et al., 1999 ; Ekelund et al., 2003). De leurs coté, Giller et al. (1998) estiment que, même à long terme et pour des faibles teneurs en métaux lourds, les microorganismes ne sont pas capables de maintenir une biomasse équivalente à celle d’un sol non pollué.

Effet du Plomb sur la physiologie

L’effet du Plomb sur la physiologie des plantes n’est pas bien connu malgré l’accumulation considérable de cet élément (Oliveira et al 2006), Pour certains auteurs (Liu et al, 2007), l’accumulation du Plomb chez provoque chez les végétaux des effets sur la croissance.
Kobza, 2005, souligne qu’il s’agit en fait de dépôt superficiels susceptibles d’être lessivés et n’intervenant pas sur la physiologie de la plante . Par contre (Khan ,2010), signalent une variabilité de comportement selon les espèces.
Ainsi le rendement de la laitue est affecté par le Plomb alors qu’il n’en est rien pour l’avoine.

Pour ces auteurs, ce phénomène est lié à ce que l’accumulation du Plomb est quatre lois plus importantes dans les feuilles de laitue que dans les feuilles d’avoine.

Enfin (Kabata-Pendias , Pendias . 2001) notent que de faibles teneurs en Plomb peuvent provoquer un effet dépressif sur certaines cultures. Au niveau cellulaire, les études sont peu nombreuses. Kabata-Pendias 2004, ont montré l’existence d’une affinité passive du Plomb pour les membranes, notamment celles des mitochondries isolés.

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