Mieux comprendre la mobilité des métaux lourds dans le sol pour protéger les écosystèmes et les populations

La contamination aux métaux lourds de certains sols représente un problème sanitaire majeur. Afin de mettre en place des solutions de décontamination ou de contrôle efficaces, il est essentiel de définir, en fonction des sites, quelles sont les espèces chimiques qui représentent un danger.

Contamination des sols aux métaux lourds : un problème pour de nombreux pays

Les sols peuvent renfermer de nombreux types de polluants, qui peuvent avoir un impact néfaste sur les écosystèmes mais également sur la santé humaine, via la production agricole et la qualité de l’eau. Parmi ces polluants, on trouve les métaux lourds, qui sont particulièrement toxiques. Leur présence dans le sol peut être liée à l’activité humaine, mais elle peut également être totalement naturelle. Or, distinguer la source exacte des métaux lourds présents dans un sol et leur mobilité est important afin de mettre en œuvre des stratégies de décontamination et ou de contrôle efficaces et appropriées.

Aujourd’hui, la contamination de terrains agricoles situés dans les environs de sites miniers représente un problème majeur pour de nombreux pays. Dans ce type de contexte, il apparaît important de déterminer avec précision les espèces chimiques mises en cause, puisque cela va contraindre plusieurs paramètres comme la mobilité des éléments dans le sol, leur toxicité, mais également leur biodisponibilité, c’est-à-dire leur capacité à être fixés par les organismes vivants. D’un autre côté, les propriétés du sol, son pH notamment, mais également sa texture ou encore la présence de matière organique, vont influencer ces paramètres. La biodisponibilité est certainement le paramètre le plus important à quantifier puisque c’est celui-ci qui va déterminer la dangerosité du polluant pour les êtres vivants.

L’arsenic (As) et l’antimoine (Sb) présentent un risque élevé de contamination pour l’environnement.

Une toxicité qui dépend des conditions du site

Les métaux lourds peuvent se trouver dans le sol sous deux formes : libre, ou piégée dans une matrice cristalline. La première forme, très mobile car soluble dans l’eau, est la plus susceptible d’être captée et accumulée par les organismes vivants ou de se retrouver dans les eaux souterraines. La seconde forme est bien moins mobile et aura peu de conséquence sur l’environnement et les organismes. Cependant, dans ce dernier cas, les conditions du milieu jouent un rôle important. Par exemple, les métaux associés à des oxydes de fer peuvent devenir disponibles dans le cadre d’un milieu favorisant la dissolution de ces minéraux.

Une étude parue en janvier 2022 s’est intéressée à la contamination de sols cultivés en Iran, situés à proximité de collines riches en métaux lourds. Ces collines sont caractérisées par la présence de roches magmatiques dont l’altération par les eaux de ruissellement engendre de fortes accumulations de fer (Fe), manganèse (Mn), chrome (Cr), nickel (Ni), plomb (Pb), cadmium (Cd), zinc (Zn), cuivre (Cu), arsenic (As) et antimoine (Sb) dans les sols alentours. Les données sanitaires montrent que la région est particulièrement soumise à un risque accru de développer des maladies gastrointestinales et de cancers des poumons, du foie et de la peau, certainement en lien avec la présence de nombreux métaux lourds dans les sols cultivés. Le but de l’étude, publiée dans la revue Environmental Earth Sciences, a donc été de quantifier et de déterminer la distribution spatiale des 7 métaux lourds présents dans les sols (Cu, Cr, Ni, Pb, Zn, As et Sb) et d’identifier leur toxicité, leur biodisponibilité et leur source.

Définir quels métaux lourds sont mobiles pour mettre en place une stratégie de contrôle efficace

Les analyses de plusieurs échantillons montrent que la majorité du Cr, du Cu, du Ni, du Pb et du Zn reste piégée dans certains minéraux comme les argiles ou les oxydes, leur toxicité apparaissant donc comme limitée pour les sites étudiés. Par contre, les résultats montrent que l’arsenic (As) et l’antimoine (Sb) sont bien plus susceptibles d’être mobilisés dans l’eau interstitielle, surtout si les conditions du sol deviennent plus acides. Le risque de contamination aquatique apparaît donc comme fort à très fort suivant les sites en ce qui concerne ces deux éléments, très toxiques. L’étude montre qu’il est urgent de mettre en œuvre des solutions permettant de contrôler la mobilité de l’arsenic et de l’antimoine dans cette région.

Résumé rédigé par Morgane Gillard

Pour en savoir plus : Siahcheshm, K., Orberger, B. & Wagner, C. Bioavailability and heavy metals speciation assessment in the contaminated soils of Doustbaglu mineralized area, NW Iran. Environ Earth Sci 81, 34 (2022). https://doi.org/10.1007/s12665-021-10162-2