Chapitre I : Synthèse bibliographique
17
2-3-1 Phases porteuses des ETM :
Les éléments traces métalliques se rencontrent dans le milieu aquatique sous différentes formes
chimiques (Gambrell, 1994). Ils sont présents dans la colonne d’eau et les eaux interstitielles,
sous forme d’ions libres, de complexes inorganiques et organiques dissous ou sont liés aux
matières particulaires en suspension. Dans les sédiments, les ETM peuvent être inclus dans le
réseau ou adsorbés à la surface de différentes phases organiques ou minérales qui sont qualifiées
de « porteuses » (Quantin, 2001 et Miller et Orbock Miller, 2007).
Les principales phases porteuses des ETM sont les silicates, les argiles, les oxydes et hydroxydes
de fer et de manganèse, les phosphates, les carbonates, les sulfures et la matière organique
(Figure 6).
Des études ont montré que les oxydes et hydroxydes de fer et de manganèse ainsi que la matière
organique sont les phases porteuses prédominantes en milieu oxique (Saulnier et Mucci, 2000 et
Zoumis et al, 2001), tandis que la formation des sulfures prédomine dans les sédiments
anoxiques (Di Toro et al, 1990 et Caetano et al, 2003).
2-3-1-1 Les argiles :
Les argiles correspondent en sédimentologie à l’ensemble des particules de taille inférieure à 2
μm. Les minéraux argileux sont principalement des silicates d’aluminium hydratés. Ils présentent
une structure en forme de feuillets (phyllosilicates) qui, conjointement à la petite taille des
particules, confèrent aux minéraux argileux une charge traces métalliques présentent une grande
affinité pour les minéraux argileux (Farrah et al, 1980).
(1992)
2-3-1-2 Les carbonates :
De nombreux métaux, comme Zn, Pb, Cd, Ca, Ba et Cu, présentent une affinité pour les
carbonates et peuvent précipiter et / ou co-précipiter sous cette forme (Quantin, 2001).
2-3-1-3 Les oxy-hydroxydes de fer et de manganèse :
Les oxydes de fer et de manganèse se présentent aussi bien sous forme de composés amorphes
que de solides cristallisés tels que la goethite FeO(OH), la magnétite Fe 3 O 4 ou le manganite
MnO(OH) (Cornell et Schwertmann, 1996). Au sein de ces structures cristallines, le fer peut être
substitué par différents cations métalliques comme Al, Ni, Mn, Co, Cr, Cu et Zn (Billon et al,
2002). L’accumulation de métaux traces sur les oxydes et hydroxydes de fer et de manganèse se
produit également par adsorption et / ou co-précipitation (Miller et Orbock Miller, 2007). La
surface spécifique de ces oxydes est en effet importante : généralement supérieure à 100 m².g
-1
pour les oxydes de fer et comprises entre 30 et 300 m².g-1 pour les oxydes de manganèse
(Quantin, 2001).
2-3-1-4 Les sulfures :
Le soufre existe dans l’environnement à divers degrés d’oxydation, compris entre –II et +VI,
selon les conditions oxydo-réductrices du milieu.
La réduction des sulfates par les bactéries sulfato-réductrices lors de la diagenèse précoce
conduit à la formation de sulfures (HS
-
et H 2 S). Dans les eaux interstitielles, les sulfures dissous
sont susceptibles de précipiter avec de nombreux métaux traces et plus particulièrement avec le
fer. Les sulfures sont fortement impliqués dans le piégeage des métaux divalents (Cd, Ni, Zn,
Cu, Pb, Hg). En présence de ces ions métalliques (symbolisés par Me
+2
), le sulfure de fer réagit
pour former du fer soluble et un nouveau sulfure métallique selon l’équation.
Me
+2
+ FeS (insoluble) Fe
+2
+ MeS (insoluble).
L’affinité des métaux traces pour les ions sulfures a été classée par Di Toro et al, (1990) de la
manière suivante : Hg > Cu > Pb > Cd > Zn > Ni. Les sulfures métalliques présents dans les
sédiments sont généralement répartis en deux catégories selon la technique d’extraction utilisée
pour les mettre en solution :
17
2-3-1 Phases porteuses des ETM :
Les éléments traces métalliques se rencontrent dans le milieu aquatique sous différentes formes
chimiques (Gambrell, 1994). Ils sont présents dans la colonne d’eau et les eaux interstitielles,
sous forme d’ions libres, de complexes inorganiques et organiques dissous ou sont liés aux
matières particulaires en suspension. Dans les sédiments, les ETM peuvent être inclus dans le
réseau ou adsorbés à la surface de différentes phases organiques ou minérales qui sont qualifiées
de « porteuses » (Quantin, 2001 et Miller et Orbock Miller, 2007).
Les principales phases porteuses des ETM sont les silicates, les argiles, les oxydes et hydroxydes
de fer et de manganèse, les phosphates, les carbonates, les sulfures et la matière organique
(Figure 6).
Des études ont montré que les oxydes et hydroxydes de fer et de manganèse ainsi que la matière
organique sont les phases porteuses prédominantes en milieu oxique (Saulnier et Mucci, 2000 et
Zoumis et al, 2001), tandis que la formation des sulfures prédomine dans les sédiments
anoxiques (Di Toro et al, 1990 et Caetano et al, 2003).
2-3-1-1 Les argiles :
Les argiles correspondent en sédimentologie à l’ensemble des particules de taille inférieure à 2
μm. Les minéraux argileux sont principalement des silicates d’aluminium hydratés. Ils présentent
une structure en forme de feuillets (phyllosilicates) qui, conjointement à la petite taille des
particules, confèrent aux minéraux argileux une charge traces métalliques présentent une grande
affinité pour les minéraux argileux (Farrah et al, 1980).
(1992)
2-3-1-2 Les carbonates :
De nombreux métaux, comme Zn, Pb, Cd, Ca, Ba et Cu, présentent une affinité pour les
carbonates et peuvent précipiter et / ou co-précipiter sous cette forme (Quantin, 2001).
2-3-1-3 Les oxy-hydroxydes de fer et de manganèse :
Les oxydes de fer et de manganèse se présentent aussi bien sous forme de composés amorphes
que de solides cristallisés tels que la goethite FeO(OH), la magnétite Fe 3 O 4 ou le manganite
MnO(OH) (Cornell et Schwertmann, 1996). Au sein de ces structures cristallines, le fer peut être
substitué par différents cations métalliques comme Al, Ni, Mn, Co, Cr, Cu et Zn (Billon et al,
2002). L’accumulation de métaux traces sur les oxydes et hydroxydes de fer et de manganèse se
produit également par adsorption et / ou co-précipitation (Miller et Orbock Miller, 2007). La
surface spécifique de ces oxydes est en effet importante : généralement supérieure à 100 m².g
-1
pour les oxydes de fer et comprises entre 30 et 300 m².g-1 pour les oxydes de manganèse
(Quantin, 2001).
2-3-1-4 Les sulfures :
Le soufre existe dans l’environnement à divers degrés d’oxydation, compris entre –II et +VI,
selon les conditions oxydo-réductrices du milieu.
La réduction des sulfates par les bactéries sulfato-réductrices lors de la diagenèse précoce
conduit à la formation de sulfures (HS
-
et H 2 S). Dans les eaux interstitielles, les sulfures dissous
sont susceptibles de précipiter avec de nombreux métaux traces et plus particulièrement avec le
fer. Les sulfures sont fortement impliqués dans le piégeage des métaux divalents (Cd, Ni, Zn,
Cu, Pb, Hg). En présence de ces ions métalliques (symbolisés par Me
+2
), le sulfure de fer réagit
pour former du fer soluble et un nouveau sulfure métallique selon l’équation.
Me
+2
+ FeS (insoluble) Fe
+2
+ MeS (insoluble).
L’affinité des métaux traces pour les ions sulfures a été classée par Di Toro et al, (1990) de la
manière suivante : Hg > Cu > Pb > Cd > Zn > Ni. Les sulfures métalliques présents dans les
sédiments sont généralement répartis en deux catégories selon la technique d’extraction utilisée
pour les mettre en solution :