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RÉSUMÉ
Les ions métalliques et les métalloïdes se rencontrent dans les eaux à potabiliser, les eaux usées domestiques et industrielles, ainsi que dans les eaux de ruissellement. A faible dose, ces éléments, naturellement présents, ne représentent pas une menace sur la santé et l'environnement, ce qui n'est bien sûr pas le cas lorsque les doses deviennent massives. L’échantillonnage, la conservation et l’analyse des ions métalliques sont abordés. Les procédés de traitements : précipitation, coagulation, oxydation, réduction, échange d’ions, adsorption, transfert liquide-solide, électrolyse, membranes, phytoremédiation sont présentés.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Yves ANDRÈS : Professeur - IMT Atlantique, Nantes, France
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Catherine FAUR-BRASQUET : Professeur - Université de Montpellier, France
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Claire GÉRENTE : Maître de conférences – HDR - IMT Atlantique, Nantes, France
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Pierre LE CLOIREC : Professeur, directeur honoraire de l’ENSCR - École de Chimie de Rennes, France
INTRODUCTION
Les ions métalliques et les métalloïdes sont rencontrés dans les eaux à potabiliser, les eaux usées domestiques et industrielles ainsi que dans les eaux de ruissellement. Un grand nombre d’éléments est relargué dans le milieu aquatique du fait de la lixiviation des voies de transport mais aussi des sols qui contiennent naturellement des métaux et métalloïdes sous diverses formes. Il convient, cependant, de noter que ces composés inorganiques sont nécessaires à la vie comme oligoéléments et que leur impact vis-à-vis de l’environnement peut être faible. Néanmoins, le poison étant dans la dose, il n’en est pas de même des rejets massifs à fortes concentrations d’ions métalliques ou de métalloïdes dans les eaux de surface. Leur élimination est nécessaire d’un point de vue de santé humaine ou de lutte contre leur impact direct sur les milieux récepteurs : sols, eau, air et donc sur la flore et la faune. Les recommandations de l’Organisation mondiale de la santé (OMS), la législation via les directives européennes ou les arrêtés français sont particulièrement abondants pour réglementer les concentrations dans les rejets d’eaux usées mais aussi dans les eaux destinées à l’alimentation humaine. Ces arguments de santé, d’environnement et de réglementation ont amené à mettre en œuvre des traitements pour un meilleur contrôle des teneurs en métaux et métalloïdes dans les eaux. En s’appuyant sur les propriétés physicochimiques de chaque espèce, les procédés de traitement sont multiples et allient à la fois l’utilisation d’adjuvants (coagulation, floculation), d’adsorbants ou d’échange d’ions, d’oxydants ou de réducteurs mais aussi de barrière membranaire, d’électrolyse et/ou l’utilisation de plantes en phytoremédiation.
Si, dans cet article, la problématique des métaux et métalloïdes dans l’eau est abordée de façon globale, on abordera aussi particulièrement les procédés physicochimiques et biologiques de traitement et d’épuration.
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- Version archivée 1 de févr. 2007 par Yves ANDRÈS, Catherine FAUR-BRASQUET, Claire GÉRENTE, Pierre LE CLOIREC
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6. Quelques tendances et procédés en émergence
Si la nécessité d’éliminer des eaux les ions métalliques et les métalloïdes est bien établie à des fins de respect de la santé humaine, de l’environnement et de la réglementation, les procédés de traitements ont encore des marges de progrès ; quelques tendances peuvent être énoncées dans ce sens.
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La précipitation, par variation de pH, est limitée par la solubilité des hydroxydes formés dans l’eau. Afin d’améliorer ce procédé, un couplage avec une autre technique comme la coagulation-floculation par des sels métalliques et/ou des adjuvants polymériques ou encore l’adsorption ou la biosorption peuvent se révéler d’intérêt. La précipitation est par ailleurs un procédé de sélectivité limitée.
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L’échange d’ions reste une technique d’élimination massive et plus ou moins sélective de fortes concentrations d’ions dans les eaux pour des usages industriels spécifiques.
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Pour certains métalloïdes, comme l’arsenic trouvé naturellement, et posant de réels problèmes d’alimentation en eau de certaines populations, l’adsorption sur des filtres garnis d’oxydes-hydroxydes métalliques de fer se développe à toutes les échelles.
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L’utilisation de biopolymères ou de biochars à faibles coûts (low cost biosorbents) semble prometteuse dans une logique conceptuelle de procédés « verts ».
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De nombreuses études ont été menées sur les interactions ions métalliques et parois bactériennes. Si les systèmes industriels sont encore peu développés, l’approche est intéressante et permet aussi d’apprécier la dissémination de pollutions métalliques lors de l’épandage des boues par exemple.
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Les procédés mettant en œuvre l’énergie électrique, comme l’électrolyse ou l’électrodialyse, peuvent être en particulier proposés dans le cas de petits systèmes car ils sont faciles à mettre en œuvre.
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Les membranes sont des technologies en plein essor en particulier l’osmose inverse ou la nanofiltration. On peut citer comme application le dessalement d’eau de mer pour des eaux destinées à l’alimentation humaine dans les pays à stress hydrique. Cependant, même si de nombreuses études mécanistiques et de procédés...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - MARTELL (A.E.), HANCOCK (R.D.) - Metal complexes in aqueous solutions. - J.P. Fackler, Eds, Plenum, New York (1996).
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(2) - SMITH (R.M.), MARTELL (A.E.) - Critical stability constants. - Plenum Press, New York (1976).
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(3) - PEARSON (R.G.) - Hard and soft acids and bases, HSAB, Part I. - Journal of Chemical Education, 45, no 9, p. 581-587 (1968).
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(4) - AHRLAND (S.), CHATT (J.), DAVIES (N.R.Q.) - *. - Review of Chemical Society, 12, p. 265 (1958).
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(5) - PEARSON (R.G.) - Hard and soft acids and bases, HSAB, Part II. - Journal of Chemical Education, 45, no 10, p. 643-648 (1968).
-
(6) - NIEBOER (E.), RICHARDSON (D.H.S.) - The replacement of the non-descript term “heavy metals” by a biologically and...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
De nombreuses normes, internationales ou françaises, existent concernant des méthodes de dosages spécifiques par élément métallique ou par technique analytique. Elles sont en constante évolution du fait du développement de techniques récentes (dosage du mercure par spectrométrie de fluorescence atomique en 2002, application de la spectrométrie de masse avec plasma à couplage inductif (ICP-MS) en 2005) et de l’amélioration des plus anciennes (dosage des éléments traces par spectrométrie d’absorption atomique en four graphite en 2004). Les tableaux A et B recensent celles utilisées pour la détermination des ions métalliques présents dans les eaux.
Si les valeurs paramétriques fixées par la directive de 1998 sont bien cohérentes avec les textes réglementaires français, les valeurs guides proposées par le décret no 2001-1200 pour les eaux douces superficielles et concernant le zinc, le cadmium et le mercure sont les plus restrictives, à savoir 0,5 mg . L–1 pour Zn, 0,001 mg . L–1 pour Cd et 0,0005 mg . L–1 pour Hg. Quant à celles préconisées par l’OMS en 2011, certaines sont moins contraignantes sur les éléments Sb, Cd et Mn et d’autres sont identiques (As, Cr, Cu, Ni, Pb et Se). En revanche, deux nouveaux paramètres apparaissent, non pris en compte dans les législations européenne...
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