Métal lourd toxique - Toxic heavy metal

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Exemples de métaux lourds toxiques
Un mur de 25 pieds (7,6 m) de cendres volantes de charbon contaminé par des métaux lourds toxiques, résultant de la libération de 5,4 millions de mètres cubes de boue de cendres volantes de charbon dans la rivière Emory , Tennessee , et les caractéristiques terrestres et aquatiques à proximité, en décembre 2008 Les tests ont montré des niveaux significativement élevés d'arsenic, de cuivre, de baryum , de cadmium, de chrome, de plomb, de mercure, de nickel et de thallium dans des échantillons de lisier et d'eau de rivière. Les coûts de nettoyage peuvent dépasser 1,2 milliard de dollars.

Un métal lourd toxique est tout métal ou métalloïde relativement dense qui est connu pour sa toxicité potentielle, en particulier dans des contextes environnementaux. Le terme s'applique particulièrement au cadmium , au mercure et au plomb , qui figurent tous dans la liste de l'Organisation mondiale de la santé des 10 produits chimiques d'intérêt public majeur. D'autres exemples incluent le manganèse , le chrome , le cobalt , le nickel , le cuivre , le zinc , l' argent , l' antimoine et le thallium .

Les métaux lourds se trouvent naturellement dans la terre. Ils se concentrent à la suite d'activités humaines et peuvent pénétrer dans les tissus végétaux et animaux (y compris humains) par inhalation, alimentation et manipulation manuelle. Ensuite, ils peuvent se lier et interférer avec le fonctionnement des composants cellulaires vitaux. Les effets toxiques de l'arsenic, du mercure et du plomb étaient connus des anciens, mais les études méthodiques de la toxicité de certains métaux lourds ne semblent dater que de 1868. Chez l'homme, l'intoxication aux métaux lourds est généralement traitée par l'administration d' agents chélateurs . Certains éléments par ailleurs considérés comme des métaux lourds toxiques sont essentiels, en petites quantités, pour la santé humaine.

Sources de contamination

Le plomb tétraéthyle est l'un des contaminants de métaux lourds les plus importants récemment utilisés.

Les métaux lourds se trouvent naturellement dans la terre et se concentrent à la suite d'activités humaines ou, dans certains cas, de processus géochimiques, tels que l'accumulation dans les sols tourbeux qui sont ensuite libérés lorsqu'ils sont drainés pour l'agriculture. Les sources communes sont les déchets miniers et industriels; émissions des véhicules; l'huile de moteur; carburants utilisés par les navires et les machines lourdes; travaux de construction; les engrais; pesticides; des peintures; colorants et pigments; rénovation; dépôt illégal de déchets de construction et de démolition ; benne à ordures à toit ouvert ; soudage, brasage et brasage; verrerie; travail concret; travaux; utilisation de matériaux recyclés; projets de bricolage en métal; combustion du papier joss ; brûlage à ciel ouvert des déchets en zone rurale; système de ventilation contaminé; aliments contaminés par l'environnement ou par l'emballage ; armements; batteries au plomb ; cour de recyclage des déchets électroniques; bois traités; infrastructure d'approvisionnement en eau vieillissante; et les microplastiques flottant dans les océans du monde. L'arsenic, le cadmium et le plomb peuvent être présents dans les jouets pour enfants à des niveaux dépassant les normes réglementaires. Le plomb peut être utilisé dans les jouets comme stabilisateur , rehausseur de couleur ou agent anticorrosif. Le cadmium est parfois utilisé comme stabilisateur ou pour augmenter la masse et l'éclat des bijoux jouets. On pense que l'arsenic est utilisé en association avec des colorants colorants. Les buveurs réguliers d' alcool distillé illégalement peuvent être exposés à un empoisonnement à l'arsenic ou au plomb dont la source est le plomb contaminé à l'arsenic utilisé pour souder l'appareil de distillation. La mort-aux-rats utilisée dans les magasins de céréales et de purée peut être une autre source d'arsenic.

Le plomb est le contaminant de métaux lourds le plus répandu. En tant que composant du plomb tétraéthyle , (CH
3
CH
2
)
4
Pb
, il a été largement utilisé dans l' essence au cours des années 1930-1970. Les niveaux de plomb dans les environnements aquatiques des sociétés industrialisées ont été estimés à deux à trois fois ceux des niveaux préindustriels. Bien que l'utilisation de l'essence au plomb ait été en grande partie éliminée en Amérique du Nord en 1996, les sols à côté des routes construites avant cette date conservent des concentrations élevées de plomb. Le plomb (provenant de l' azoture de plomb (II) ou du styphnate de plomb utilisé dans les armes à feu) s'accumule progressivement sur les terrains d'entraînement au maniement des armes à feu, contaminant l'environnement local et exposant les employés du champ de tir à un risque d' empoisonnement au plomb .

Voies d'entrée

Les métaux lourds pénètrent dans les tissus végétaux, animaux et humains par inhalation d'air, alimentation et manipulation manuelle. Les émissions des véhicules à moteur sont une source majeure de contaminants atmosphériques, notamment l'arsenic, le cadmium, le cobalt, le nickel, le plomb, l'antimoine, le vanadium, le zinc, le platine, le palladium et le rhodium. Les sources d'eau (eaux souterraines, lacs, ruisseaux et rivières) peuvent être polluées par les métaux lourds s'échappant des déchets industriels et de consommation ; les pluies acides peuvent exacerber ce processus en libérant des métaux lourds piégés dans les sols. Le transport à travers le sol peut être facilité par la présence de voies d'écoulement préférentielles (macropores) et de composés organiques dissous. Les plantes sont exposées aux métaux lourds par absorption d'eau; les animaux mangent ces plantes ; l'ingestion d'aliments d'origine végétale et animale est la plus grande source de métaux lourds chez l'homme. L'absorption par contact cutané, par exemple par contact avec la terre, ou des jouets et bijoux contenant du métal, est une autre source potentielle de contamination par les métaux lourds. Les métaux lourds toxiques peuvent se bioaccumuler dans les organismes car ils sont difficiles à métaboliser .

Effets néfastes

Les métaux lourds « peuvent se lier aux composants cellulaires vitaux, tels que les protéines structurelles , les enzymes et les acides nucléiques , et interférer avec leur fonctionnement ». Les symptômes et les effets peuvent varier selon le métal ou le composé métallique et la dose impliquée. D'une manière générale, l'exposition à long terme aux métaux lourds toxiques peut avoir des effets cancérigènes, sur le système nerveux central et périphérique et sur la circulation. Pour les humains, les présentations typiques associées à l'exposition à l'un des métaux lourds toxiques « classiques », ou au chrome (un autre métal lourd toxique) ou à l'arsenic (un métalloïde), sont présentées dans le tableau.

Élément Exposition aiguë
généralement un jour ou moins
Exposition chronique
souvent des mois ou des années
Cadmium Pneumopathie (inflammation des poumons) Cancer du poumon
Ostéomalacie (ramollissement des os)
Protéinurie (excès de protéines dans les urines ; lésions rénales possibles)
Mercure Diarrhée
Fièvre
Vomissements
Stomatite (inflammation des gencives et de la bouche)
Nausées
Syndrome néphrotique (trouble rénal non spécifique)
Neurasthénie (trouble névrotique)
Parageusie (goût métallique)
Maladie rose (douleur et décoloration rose des mains et des pieds)
Tremblement
Mener Encéphalopathie (dysfonctionnement cérébral)
Nausées
Vomissements
Anémie
Encéphalopathie
Pied tombant / poignet tombant (paralysie)
Néphropathie (maladie rénale)
Chrome Hémorragie gastro-intestinale (saignement) 
Hémolyse (destruction des globules rouges)
Insuffisance rénale aiguë
Fibrose pulmonaire (cicatrice pulmonaire)
Cancer du poumon
Arsenic Nausées
Vomissements
Diarrhée
Encéphalopathie
Effets multi-organes
Arythmie Neuropathie
douloureuse
Diabète
Hypopigmentation / Hyperkératose
Cancer

Histoire

Les effets toxiques de l'arsenic, du mercure et du plomb étaient connus des anciens mais les études méthodiques de la toxicité globale des métaux lourds ne semblent dater que de 1868. Cette année-là, Wanklyn et Chapman ont spéculé sur les effets néfastes des métaux lourds "arsenic, plomb, cuivre, zinc, fer et manganèse » dans l'eau potable . Ils ont constaté une "absence d'enquête" et ont été réduits à "la nécessité de plaider pour la collecte de données". En 1884, Blake a décrit un lien apparent entre la toxicité et le poids atomique d'un élément. Les sections suivantes fournissent des vignettes historiques pour les métaux lourds toxiques « classiques » (arsenic, mercure et plomb) et quelques exemples plus récents (chrome et cadmium).

Orpiment , un minéral d'arsenic toxique utilisé dans l'industrie du tannage pour enlever les poils des peaux.

Arsenic

Arsenic , comme réalgar ( comme
4
S
4
) et orpiment ( Comme
2
S
3
), était connu dans l'Antiquité. Strabon (64-50 avant notre ère - vers 24 après JC ?), un géographe et historien grec, a écrit que seuls les esclaves étaient employés dans les mines de réalgar et d'orpiment, car ils mourraient inévitablement des effets toxiques des fumées dégagées par les minerais. La bière contaminée à l'arsenic a empoisonné plus de 6 000 personnes dans la région de Manchester en Angleterre en 1900 et aurait fait au moins 70 victimes. Clare Luce , ambassadrice américaine en Italie de 1953 à 1956, a été victime d' un empoisonnement à l'arsenic . Sa source a été attribuée à la peinture écaillée chargée d'arsenic sur le plafond de sa chambre. Elle a peut-être également mangé des aliments contaminés par l'arsenic dans la peinture écaillée du plafond de la salle à manger de l'ambassade. Les eaux souterraines contaminées par l'arsenic , en 2014, « empoisonnent toujours des millions de personnes en Asie ».

Mercure

La cathédrale Saint-Isaac , à Saint-Pétersbourg , en Russie. L' amalgame or- mercure utilisé pour dorer son dôme a fait de nombreuses victimes parmi les ouvriers impliqués.

Le premier empereur de la Chine unifiée, Qin Shi Huang , est-il rapporté, est mort en ingérant des pilules de mercure qui étaient destinées à lui donner la vie éternelle. L'expression "fou comme un chapelier" est probablement une référence à l'empoisonnement au mercure chez les modistes (appelée " maladie du chapelier fou "), car des composés à base de mercure étaient autrefois utilisés dans la fabrication de chapeaux de feutre aux XVIIIe et XIXe siècles. Historiquement, l'amalgame d'or (un alliage avec du mercure) était largement utilisé dans la dorure , faisant de nombreuses victimes parmi les ouvriers. On estime que lors de la seule construction de la cathédrale Saint-Isaac , 60 ouvriers sont morts à cause de la dorure de la coupole principale. Des épidémies d' empoisonnement au méthylmercure se sont produites dans plusieurs endroits au Japon au cours des années 1950 en raison de rejets industriels de mercure dans les rivières et les eaux côtières. Les cas les plus connus se trouvaient à Minamata et Niigata . Rien qu'à Minamata, plus de 600 personnes sont décédées des suites de ce qui est devenu la maladie de Minamata . Plus de 21 000 personnes ont déposé des réclamations auprès du gouvernement japonais, dont près de 3 000 ont été certifiées comme atteintes de la maladie. Dans 22 cas documentés, des femmes enceintes ayant consommé du poisson contaminé présentaient des symptômes légers ou inexistants, mais ont donné naissance à des nourrissons présentant de graves troubles du développement. Depuis la révolution industrielle , les niveaux de mercure ont triplé dans de nombreuses eaux marines proches de la surface , en particulier autour de l' Islande et de l' Antarctique .

Dutch Boy publicité peinture au plomb blanc , 1912.

Mener

Les effets néfastes du plomb étaient connus des anciens. Au IIe siècle av. J.-C., le botaniste grec Nicander a décrit les coliques et la paralysie observées chez les personnes empoisonnées au plomb. Dioscoride , un médecin grec qui aurait vécu au 1er siècle de notre ère, a écrit que le plomb « fait céder l'esprit ». Le plomb a été largement utilisé dans les aqueducs romains d'environ 500 avant JC à 300 après JC. Jules César ingénieur de, Vitruve , a rapporté, « l' eau est beaucoup plus saine des tuyaux en terre cuite que des tuyaux de plomb. Car il semble être fait préjudiciable par le plomb, parce que le blanc de plomb est produit par elle, ce qui est dit être nocif pour le corps humain." Au cours de la période mongole en Chine (1271-1368 après JC), la pollution au plomb due à la fonte de l'argent dans la région du Yunnan a dépassé de près de quatre fois les niveaux de contamination des activités minières modernes. Aux 17e et 18e siècles, les habitants du Devon étaient atteints d'une maladie appelée colique du Devon ; on a découvert que cela était dû à l'absorption de cidre contaminé au plomb . En 2013, l' Organisation mondiale de la santé estimait que l'empoisonnement au plomb avait causé 143 000 décès et « contribuait à 600 000 nouveaux cas d'enfants atteints de déficience intellectuelle », chaque année. Dans la ville américaine de Flint, Michigan , la contamination par le plomb de l'eau potable est un problème depuis 2014 . La source de la contamination a été attribuée à "la corrosion des conduites en plomb et en fer qui distribuent l'eau aux habitants de la ville". En 2015, la concentration de plomb dans l'eau potable dans le nord-est de la Tasmanie , en Australie, a atteint un niveau plus de 50 fois supérieur aux recommandations nationales en matière d'eau potable. La source de la contamination a été attribuée à "une combinaison d'infrastructures d'eau potable délabrées, y compris des canalisations à joints en plomb, des tuyaux en polychlorure de vinyle en fin de vie et la plomberie domestique".

Chrome

Le chromate de potassium , un agent cancérigène , est utilisé dans la teinture des tissus et comme agent de tannage pour produire le cuir .

Les composés du chrome (III) et le chrome métal ne sont pas considérés comme dangereux pour la santé, alors que la toxicité et les propriétés cancérigènes du chrome (VI) sont connues depuis au moins la fin du XIXe siècle. En 1890, Newman a décrit le risque élevé de cancer chez les travailleurs d'une entreprise de teinture au chromate . Une dermatite induite par le chromate a été signalée chez des travailleurs d'aéronefs pendant la Seconde Guerre mondiale . En 1963, une épidémie de dermatite, allant de l' érythème à l' eczéma exsudatif , s'est produite chez 60 ouvriers d'usines automobiles en Angleterre. Les travailleurs avaient poncé à l'eau une peinture d'apprêt à base de chromate qui avait été appliquée sur des carrosseries de voitures. En Australie, du chrome a été libéré de l' usine d'explosifs de Newcastle Orica le 8 août 2011. Jusqu'à 20 travailleurs de l'usine ont été exposés ainsi que 70 maisons voisines à Stockton . La ville n'a été informée que trois jours après la libération et l'accident a déclenché une controverse publique majeure, Orica étant critiquée pour avoir minimisé l'étendue et les risques possibles de la fuite, et le gouvernement de l'État a attaqué pour sa lenteur à réagir à l'incident.

Barre de cadmium de pureté 99,999 % et cube de 1 cm 3 .

Cadmium

L' exposition au cadmium est un phénomène du début du 20e siècle et au-delà. Au Japon, en 1910, la Mitsui Mining and Smelting Company a commencé à déverser du cadmium dans la rivière Jinzugawa, en tant que sous-produit des opérations minières. Les habitants des environs ont ensuite consommé du riz cultivé dans de l'eau d'irrigation contaminée au cadmium. Ils ont connu un ramollissement des os et une insuffisance rénale. L'origine de ces symptômes n'était pas claire ; les possibilités évoquées à l'époque comprenaient "une maladie régionale ou bactérienne ou un empoisonnement au plomb". En 1955, le cadmium a été identifié comme la cause probable et en 1961 la source était directement liée aux opérations minières dans la région. En février 2010, du cadmium a été trouvé dans des bijoux Miley Cyrus exclusifs à Walmart . Wal-Mart a continué à vendre les bijoux jusqu'en mai, lorsque des tests secrets organisés par Associated Press ont confirmé les résultats originaux. En juin 2010, du cadmium a été détecté dans la peinture utilisée sur des verres à boire promotionnels pour le film Shrek Forever After , vendu par les restaurants McDonald's , déclenchant un rappel de 12 millions de verres.

Remédiation

Un anion métallique EDTA. Pb déplace Ca en Na
2
[CaEDTA]
pour donner Na
2
[PbEDTA]
, qui est expulsé du corps dans l' urine .

Chez l'homme, l'intoxication aux métaux lourds est généralement traitée par l'administration d' agents chélateurs . Ce sont des composés chimiques, tels que CaNa2 EDTA (éthylènediaminetétraacétate de calcium disodique) qui convertissent les métaux lourds en des formes chimiquement inertes qui peuvent être excrétées sans autre interaction avec le corps. Les chélates ne sont pas sans effets secondaires et peuvent également éliminer les métaux bénéfiques du corps. Des suppléments de vitamines et de minéraux sont parfois co-administrés pour cette raison.

Les sols contaminés par des métaux lourds peuvent être assainis par une ou plusieurs des technologies suivantes : isolement ; immobilisation; réduction de la toxicité; séparation physique; ou extraction. L'isolement implique l'utilisation de capuchons, de membranes ou de barrières souterraines pour tenter de mettre en quarantaine le sol contaminé. L'immobilisation vise à altérer les propriétés du sol de manière à entraver la mobilité des contaminants lourds. La réduction de la toxicité tente d'oxyder ou de réduire les ions de métaux lourds toxiques, par des moyens chimiques ou biologiques, en des formes moins toxiques ou mobiles. La séparation physique implique l'élimination du sol contaminé et la séparation des contaminants métalliques par des moyens mécaniques. L'extraction est un processus sur site ou hors site qui utilise des produits chimiques, la volatisation à haute température ou l'électrolyse pour extraire les contaminants des sols. Le ou les procédés utilisés varieront selon le contaminant et les caractéristiques du site.

Avantages

Certains éléments par ailleurs considérés comme des métaux lourds toxiques sont essentiels , en faible quantité, pour la santé humaine. Ces éléments comprennent le vanadium, le manganèse, le fer, le cobalt, le cuivre, le zinc, le sélénium, le strontium et le molybdène. Une carence en ces métaux essentiels peut augmenter la susceptibilité à l'empoisonnement aux métaux lourds.

Voir également

Notes d'explication

Citations

Références générales