Chapitre I
Rappels bibliographiques
28
A. 2.4. Spéciation des métaux
La connaissance des teneurs totales en métaux des sédiments apporte des informations
limitées, notamment sur les liaisons entre la phase solide et les métaux (Manceau et al.,
1996). Celle-ci ne renseigne pas sur la mobilité des métaux (Zhang et al., 2003) et leur
biodisponibilité (Ullrich et al., 1999). Contrairement à la teneur totale, où la biodisponibilité
du métal est gouvernée par sa forme chimique ou spéciation. Ainsi, une des clés de
description de la mobilité des métaux est bien la ‘spéciation’. Elle désigne les formes
spécifiques dans lesquelles un élément chimique se trouve dans une matrice (niveaux
d’oxydation, forma organométallique,….).
L’importance de la spéciation demeure dans le fait que la mesure des concentrations des
différentes formes de métaux dans les sédiments est plus délicate à réaliser que la
détermination de la teneur totale (Adriani et al., 2004). Ceci provient des difficultés à extraire
la forme chimique souhaitée d’une matrice complexe, des perturbations des équilibres du
système et des sensibilités des techniques de mesure.
De ce fait, la mobilité des métaux à l’état de traces ainsi que leur biodisponibilité dépendent
fortement de leur spéciation chimique dans les sédiments. En réalité, la détermination exacte
de la spéciation chimique d’un métal est souvent difficile voire impossible à réaliser dans la
plupart des cas (Queveuviller et al., 1997 in Kribi, 2005). Par conséquent, la détermination
des formes les plus larges, basées sur des extractions chimiques, se sont avérées être un bon
compromis pour obtenir des informations sur la spéciation des métaux dans les sédiments et
donc le risque de contamination de l’environnement.
La spéciation chimique peut être étudiée par :
- Des méthodes spectroscopiques : diffraction des rayons X, Microsonde, spectrométrie
infrarouge,…
- Des méthodes chimiques : les extractions séquentielles utilisent un gradient de force
chimique entre les métaux et les solides (Zhang et al., 2003). Différents extractants de
force chimique croissante sont utilisés successivement (Nirel and Morel, 1990).
A. 2.5. Extraction séquentielle
L’un des premiers à avoir utilisé les schémas d’extraction séquentielle est Tessier (Tessier et
al., 1979). Le principe est d’extraire avec des réactifs de force croissante des métaux contenus
dans les phases solides des échantillons des sédiments fluviaux étudiés. Les fractions
chimiques ainsi obtenues peuvent cependant se rattacher le plus souvent à des grandes classes
des constituants du sédiment, pour lesquelles ces extractant sont été sélectionnés. Cette
extraction est réalisée en trois étapes suivie d’une digestion à l’eau régale. Une description de
chaque étape est donnée ci-dessous.
a- La fraction échangeable : elle représente la partie mobile et biodisponible
(Sheppard et Stephenson, 1995) cité par (Gleyzes, 1999). Cette fraction regroupe les
métaux adsorbés non spécifiquement sur les particules et facilement démobilisables
Rappels bibliographiques
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A. 2.4. Spéciation des métaux
La connaissance des teneurs totales en métaux des sédiments apporte des informations
limitées, notamment sur les liaisons entre la phase solide et les métaux (Manceau et al.,
1996). Celle-ci ne renseigne pas sur la mobilité des métaux (Zhang et al., 2003) et leur
biodisponibilité (Ullrich et al., 1999). Contrairement à la teneur totale, où la biodisponibilité
du métal est gouvernée par sa forme chimique ou spéciation. Ainsi, une des clés de
description de la mobilité des métaux est bien la ‘spéciation’. Elle désigne les formes
spécifiques dans lesquelles un élément chimique se trouve dans une matrice (niveaux
d’oxydation, forma organométallique,….).
L’importance de la spéciation demeure dans le fait que la mesure des concentrations des
différentes formes de métaux dans les sédiments est plus délicate à réaliser que la
détermination de la teneur totale (Adriani et al., 2004). Ceci provient des difficultés à extraire
la forme chimique souhaitée d’une matrice complexe, des perturbations des équilibres du
système et des sensibilités des techniques de mesure.
De ce fait, la mobilité des métaux à l’état de traces ainsi que leur biodisponibilité dépendent
fortement de leur spéciation chimique dans les sédiments. En réalité, la détermination exacte
de la spéciation chimique d’un métal est souvent difficile voire impossible à réaliser dans la
plupart des cas (Queveuviller et al., 1997 in Kribi, 2005). Par conséquent, la détermination
des formes les plus larges, basées sur des extractions chimiques, se sont avérées être un bon
compromis pour obtenir des informations sur la spéciation des métaux dans les sédiments et
donc le risque de contamination de l’environnement.
La spéciation chimique peut être étudiée par :
- Des méthodes spectroscopiques : diffraction des rayons X, Microsonde, spectrométrie
infrarouge,…
- Des méthodes chimiques : les extractions séquentielles utilisent un gradient de force
chimique entre les métaux et les solides (Zhang et al., 2003). Différents extractants de
force chimique croissante sont utilisés successivement (Nirel and Morel, 1990).
A. 2.5. Extraction séquentielle
L’un des premiers à avoir utilisé les schémas d’extraction séquentielle est Tessier (Tessier et
al., 1979). Le principe est d’extraire avec des réactifs de force croissante des métaux contenus
dans les phases solides des échantillons des sédiments fluviaux étudiés. Les fractions
chimiques ainsi obtenues peuvent cependant se rattacher le plus souvent à des grandes classes
des constituants du sédiment, pour lesquelles ces extractant sont été sélectionnés. Cette
extraction est réalisée en trois étapes suivie d’une digestion à l’eau régale. Une description de
chaque étape est donnée ci-dessous.
a- La fraction échangeable : elle représente la partie mobile et biodisponible
(Sheppard et Stephenson, 1995) cité par (Gleyzes, 1999). Cette fraction regroupe les
métaux adsorbés non spécifiquement sur les particules et facilement démobilisables