LA POLLUTION
PAR LES METAUX
DEPUIS L'ANTIQUITE




Fait par : XXXXXXX XXXXX ; XXXXXXXX XXXX ; Zellshin



LA POLLUTION PAR LES METAUX DEPUIS L'ANTIQUITE
________________

I Etude d'un cas actuel : L'exemple de Minamata :

1) Quels sont les faits ?

2) Comment ces 15 000 personnes ont-elles pu être contaminées ?

II La pollution par les métaux de l'Antiquité à la Révolution Industrielle :

1) Par quels moyens peut on observer cette "pollution antique" ?

2) Quels sont les résultats obtenus ?

A) Cuivre

B) Plomb

3) Quelle interprétation peut-on donner à ces résultats ?

A) Cuivre

B) Plomb

III La pollution par les métaux de la Révolution Industrielle à nos jours :

1) Quels sont les caractéristiques des polluants métalliques ?

A) Mercure

B) Cuivre

C) Plomb

2) L'action des polluants métalliques sur l'homme.

A) Modes de transmission

B) Conséquences pour l'homme

INTRODUCTION :

La pollution est à la fois un phénomène très ancien, et à la fois un phénomène actuel dans la société d'aujourd'hui. En effet, elle est de plus en plus importante et de plus en plus dangereuse. C'est pourquoi nous nous sommes posés la question suivante : la pollution par les métaux menace-t-elle réellement les équilibres actuels?

La première partie de notre exposé sera l'étude d'un cas actuel de pollution par le mercure. La deuxième partie sera consacrée à l'analyse du phénomène de pollution par quelques métaux depuis l'Antiquité jusqu'à la Révolution Industrielle ; et la troisième et dernière partie, à l'analyse de ce même phénomène à partir de la Révolution Industrielle jusqu'à aujourd'hui.

I Etude d'un cas actuel : l'exemple de Minamata :

1) Quels sont les faits ?

Homme ayant une déformation de la main due au mercure.

Tout commence au milieu des années 50, dans la baie de Minamata au Japon : des chats deviennent fous, des oiseaux se laissent tomber du ciel comme des pierres… Puis, le 21 avril 1956, un enfant est hospitalisé parce qu'il n'arrive plus à marcher, à parler, ni même à manger. Quelques jours plus tard, 3 autres malades arrivent à l'hôpital de Minamata. Puis des dizaines. Tous présentent des troubles de l'équilibre et du langage, des tremblements, des délires, une perte du champ visuel de l'ouïe, etc.… Des bébés, atteints dans le ventre de leur mère, naissent avec des troubles nerveux incurables et de graves déformations physiques. En tout, environ 15 000 habitants de la petite ville de Minamata auront été malades et parmi ceux-ci 1200 personnes mourront.

Des soupçons se sont tournés vers la société Chisso, usine de produits chimiques, qui, depuis 1932, utilisait du mercure et rejetait ses déchets dans la baie. C'est en 1959 que le docteur Hosotaka mit en évidence la cause de ce mal grâce à des expériences exercées sur des chats. Mais, étant employé de la firme Chisso, il se tût face à ses patrons qui étaient par le gouvernement japonais : à cette époque, on prônait l'industrialisation, l'expansion économique, la mondialisation, et le bien-être d'un individu a vait très peu d'importance.

Hosotaka gardera alors le silence pendant 10 ans et apportera les preuves manquantes aux victimes sur son lit de mort. La production de mercure continuera jusqu'en 1968 et les habitants attendront 1996 (soit 37 ans après la mise en évidence de la culpabilité de la firme) pour être indemnisés. Cette indemnisation est estimée à 190 560 euros par victime (soit environ 1,25 millions de francs).

Enfant très fortement atteinte par la maladie de Minamata

2) Comment ces 15 000 personnes ont-elles pu être contaminées ?

Comme nous l'avons dit ci-dessus, l'usine rejetait ses déchets dans la baie de Minamata. Les habitants se nourrissaient alors quotidiennement de poissons contaminés au mercure. Celui-ci se transforme, sous l'action de bactéries, en mercure organique très toxique. Puis, il s'accumule dans les organismes constituants la chaîne alimentaire (phytoplanctons --- zooplanctons --- mollusques --- poissons). Ce phénomène se nomme : la bioaccumulation.

Dans ces mollusques et poissons, on a relevé des concentrations de mercure 10 000 fois supérieures à celles de l'eau alentour. Ingéré par l'homme, le mercure agit très lentement (sur plusieurs mois ou même plusieurs années), en détruisant inexorablement le système nerveux central et les nerfs périphériques, entraînant alors la paralysie, voire la mort, sans parler des difformités affreuses.

II) La pollution de l'Antiquité à la Révolution Industrielle :

Les maladies dues aux métaux lourds sont connues depuis l'antiquité Romaine, en effet des pots et des conduites en plomb ainsi que des fonderies étaient parfois tenus responsables d'une perte d'intelligence des enfants et d'un comportement anormal des adultes. Mais seule certaines techniques nous permettent de vérifier si il y a effectivement eu de la pollution par les métaux lourds avant la Révolution Industrielle.

1) Par quels moyens peut on observer cette "pollution antique" ?

Absorbé principalement par des particules de petite taille, les métaux émis dans l'atmosphère peuvent être transportés sur de longues distances. On retrouve donc la marque de cette pollution diffuse (atmosphérique) jusque dans les glaces du Groenland.

Ainsi, en prélevant des carottes (longs cylindres d'une dizaine de centimètres de diamètre et pouvant atteindre plusieurs kilomètres de longueur) très profondément dans la calotte glacière, il est possible de mesurer les concentrations des métaux déposés avec les précipitations depuis des milliers d'années à plusieurs milliers de kilomètres des sources d'émission car les calottes de glace se sont formées sur Terre par accumulation de neige au fil des années. Petit à petit, la glace se tasse et plus le carottier s'enfonce sous la glace, plus il rencontre des glaces anciennes qui se sont déposées au fil du temps.

Classement et découpage des carottes de glace.

Il existe en fait plusieurs types de carottage en fonction de la profondeur. Bien que la technique soit au point pour de petits forages, il en est tout autrement si l'on veut en réaliser de plus importants: le trou est rempli d'un fluide, le kérosène, équilibrant la pression qui s'exerce sur les parois et qui le ferait se refermer.

Il existe cependant des problèmes lors de ces prélèvement car d'une part les quantités de métaux dans la glaces sont infimes (de l'ordre du picogramme par gramme de glace c'est à dire 10-12 grammes) et le kérosène utilisé et le métal qui constitue les carottiers entraînent une contamination extérieure des carottes.

Ainsi nombreuses précaution doivent êtres prises pour ne pas altérer les échantillons et donc les résultats. Ceci implique donc des traitements différents suivant la méthode utilisée: alors que les échantillons "propres" peuvent être analysés directement, ceux des forages profonds doivent subir des traitements spécifiques tel des techniques sophistiquées de décontamination des carottes ou des techniques spectrométriques ultrasensibles.

Le chemin qui mène la carotte du glacier au laboratoire ne doit pas la perturber; au laboratoire, des précaution sont également prises pour le stockage et la décontamination (salles blanches). Ce travail continue encore au cours de l'analyse. L'objectif: éviter toute contamination, surtout au cœur, pour des résultats optimaux. De plus, beaucoup de prélèvements doivent êtres étudiés pour obtenir des valeurs fiables.

D'autre part, la température des lieux de prélèvement varie entre -80°C et -40°C. Les conditions de vie y sont par conséquent particulièrement difficiles. Par exemple, sans protection, l'œil gèle à -50°C.

Protections contre le froid.

2) Quels sont les résultats obtenus ?

Tout d'abord les recherches qui ont été effectuées n'ont aboutis qu'à des résultats probants sur le plomb et sur le cuivre, il semble donc que seul ces deux métaux ont pollués l'atmosphère durant la période qui nous intéresse.

Ce tableau regroupe toutes les données que nous avons pu trouver sur la pollution en plomb et en cuivre avant la Révolution Industrielle. Du fait de sources différentes, pour le cuivre les valeurs correspondent aux émissions en tonnes par ans alors que pour le plomb celles-ci correspondent aux quantités trouvées dans la glace en picogrammes(10-12 grammes) par gramme de glace.



Les Grecs et les Romains auraient émis vers l'atmosphère jusqu'à 4000 tonnes de plomb par an à l'apogée de l'empire romain.

De nos jours les quantités de plomb sont de l'ordre de 100pg/g de glace.

3) Quelle interprétation peut-on donner à ces résultats ?

L'analyse des glaces du carottage au Groenland de 1990 à 1992, a permis de retracer l'histoire de la pollution en cuivre et en plomb de l'hémisphère nord depuis les civilisations grecques et romaines.

Les variations de concentrations ne peuvent pas être expliquées par des changements des apports naturels, ils sont la marque des émissions de cuivre vers l'atmosphère liées aux activités de production de ces métaux.

Il était apparu que les Grecs et les Romains avaient déjas pollué l'atmosphère de l'hémisphère nord à grande échelle près de deux mille ans avant la Révolution Industrielle. a cette époque, la production d'objets en métal était déjas importante, elle se faisait à l'air libre, ce qui provoquait le rejet dans l'atmosphère de grandes quantités d'oxydes de cuivre et d'oxydes de plomb.

A) Cuivre :

La production du cuivre a débuté il y a 7000 ans environ. Elle n'est cependant devenue significative qu'il y a 5000 ans environ, après la mise au point de techniques pour le traitement des minerais de carbonates et oxydes de cuivre et l'introduction du bronze à l'étain qui marqua le début de l'âge du Bronze.

La production n'a ensuite cessé de se développer pour culminer une première fois à l'apogée de la République et de l'Empire Romain, avec une production maximale de l'ordre de 15000 tonnes/an (émission atmosphérique de 4600 t/an).

Puis elle a fortement décru en Europe à la chute de l'empire Romain. La production à reprise pendant l'ère médiévale (Moyen-Age), l'essentiel de celle-ci provenait de Chine, notamment pendant la dynastie des Sung du Nord (10e au 12e siècles de notre ère) au cours de laquelle un deuxième maximum de production de 13000 t/ans (émission atmosphérique de 2160 t/an) proche de celui de l'époque romaine a été atteint. La production a ensuite à nouveau décru.

Les chercheurs se sont appliqués à quantifier les émissions de cuivre vers l'atmosphère liées aux opérations de production de ce métal. Ils estiment que les émissions atteignaient près de 15 % des quantités produites pendant l'antiquité, les techniques utilisées étant extrêmement polluantes.

A partir du 18e siècle, par suite de l'amélioration des techniques utilisées, les facteurs d'émissions ont commencé à diminuer pour ne pas dépasser 0,25 % environ de nos jours avec tout de même une émission en cuivre de l'ordre de 20000 t/ans du fait d'une production d'environ 9 millions de tonnes/an.

B) Plomb :

Depuis l'Antiquité, le plomb a été extrait de minerais, notamment pour la production de monnaie et la soudure. Cette activité métallurgique a connu son apogée sous la République et l'Empire romains où les fours utilisés pour la production du plomb rejetaient jusqu'à 5% des quantités produites (le grillage de la Galène dans des fours transformant les sulfates en oxydes), avant de renaître avec la révolution industrielle (figure 11.1).

Certains archéologues attribuent à la pollution par le plomb une part de responsabilité dans le déclin et l'effondrement de l'Empire Romain.

III La pollution par les métaux de la Révolution Industrielle à nos jours :

1) Quels sont les caractéristiques des polluants métalliques ?

A) Le mercure :

Le mercure est le seul métal liquide à température ambiante. On le retrouve sous forme de sels solubles très toxiques dans l'océan, et aussi dans l'atmosphère et dans les roches.

De nombreuses activités industrielles sont à l'origine de la libération de mercure, dans l'environnement, sous la forme de composés chimiques, ou de vapeurs. Par exemple, il peut être libéré comme sous-produit dans la préparation de composés tels que la soude ou le chlore.
Il se répand très rapidement dans la biosphère : une partie du mercure présent dans un cours d'eau se transforme en méthyl-mercure qui se vaporise très facilement, pénètre dans l'atmosphère et retombe sur le sol avec les pluies acides ; une autre partie du mercure peut être absorbé par les plantes et les animaux aquatiques s'introduisant ainsi dans les différentes chaînes alimentaires. La toxicité élevée du mercure est liée à son aptitude à se combiner au soufre.

Dans les organismes vivants, il peut ainsi bloquer certains sites actifs comportant des atomes de soufre, comme celui de la vitamine B12. En France, les rejets directs de mercure dans les eaux fluviales sont faibles (0,5 tonne par an) et proviennent surtout d'usines de la région Rhône-Alpes.

La contamination au mercure vient principalement des rejets émis dans l'atmosphère (15,8 tonnes par an, selon les données officielles) lors de l'utilisation de combustibles fossiles, lors de l'incinération de déchets ou encore par l'industrie métallurgique.

Extraction de l'or :

L'extraction de l'or est l'une des activités qui provoque une pollution au mercure, voici un schémas qui explique de façon simplifiée une méthode d'extraction très polluante, en sachant que les sols riches en or sont aussi très riches en mercure:

La première étape est donc le dégagement des végétaux (arbres…) ce qui rend le sol beaucoup plus exposé aux intempéries qui érodent un sol très riche en or mais aussi en mercure, et ceux-ci vont donc êtres transportés dans les rivières.

La seconde étape est l'érosion artificielle du sol à l'aide de puissantes lances à eau ce qui arrache l'or et le mercure du sol et accentue donc sensiblement le déversement de ceux-ci dans les cours d'eau.

Ensuite les boues sont recueillie puis mélangées avec beaucoup de mercure car celui-ci "s'accroche" à l'or pour former un conglomérat qui est beaucoup plus facile à récupérer(car beaucoup plus gros).

Conglomérat(solide)/mercure seul (liquide à température ambiante)

Enfin, la dernière opération qui permet de récupérer l'or est très simple mais est aussi la plus polluante, en effet, le conglomérat est chauffé pour que le mercure devienne gazeux et s'évapore, il est donc libéré en très forte quantité dans l'atmosphère.

B) Le cuivre :

Moyennement abondant dans la croûte terrestre, le cuivre est inégalement réparti à la surface du globe et la plupart des gisements sont situés dans l'hémisphère sud. On le trouve également dans les laves basaltiques, le dépôt le plus important étant situé au Chili.

Le cuivre est surtout utilisé pour sa conductivité électrique, la plus importante de tous les métaux industriels. Ainsi, on l'emploie pour fabriquer des dispositifs électriques tels que les câbles, les fils, ou les appareillages électriques.

Du fait, aussi, de sa grande conductibilité thermique, le cuivre sert à fabriquer des ustensiles de cuisine, des chaudières, des échangeurs de chaleur.

On l'utilise également dans les toitures, les canalisations d'eau et de gaz en raison de sa résistance à la corrosion (il n'est pas attaqué par les acides oxydants tels que l'acide sulfurique et nitrique). De plus, le sulfate de cuivre est le plus employé des sels de cuivre : il sert à fabriquer des engrais des porcs.

Pour le cuivre, la concentration est de 9 millions de tonnes par an aujourd'hui ; mais elle est quinze fois moins élevée que la période précédente.

C) Le plomb :

Le plomb est un élément ductile (il peut être étiré, allongé sans se rompre). Les principales sources sont situées aux Etats-Unis et en Australie.

Le plomb se fixe sur les sédiments marins : 250.000 tonnes rejetées par an à cause des peintures des bateaux ou des batteries jetées à la mer.

Il faut savoir également que le plomb est naturellement présent dans l'atmosphère.

Le plomb pollue car on le retrouve dans les poussières du sol :

- issu des pots d'échappements des véhicules(La pollution par le plomb provient surtout des additifs antidétonants de l'essence. Rejetés dans l'atmosphère, ceux-ci retombent et se concentrent de part et d'autre des routes. Le plomb qu'ils contiennent passe alors directement dans l'herbe ou dans les eaux de ruissellement. Pour limiter ces rejets dangereux, l'usage d'essence sans plomb s'est beaucoup développé ces dernières années. En 1994, les ventes d'essence sans plomb avaient atteint en France 45 % des ventes totales d'essence. Mais cette solution n'est pas idéale car elle diminue le rendement des moteurs et augmente l'émission d'autres polluants comme le monoxyde de carbone).

- issu des émissions industrielles,

- issu des déchets d'activités minières,

- issu de l'érosion des peintures à l'intérieur et à l'extérieur des maisons,

- issu des débris de batteries et des gaines de câbles électriques.

De plus, le plomb est largement utilisé dans la protection des matériaux nucléaire du fait de sa densité élevée.

La toxicité du plomb est due notamment à son effet inhibiteur de certaines enzymes qui provoque des troubles cérébraux et des retards mentaux chez les jeunes enfants.

Le maximum est atteint à la fin des années soixante avec environ 100 picogrammes par gramme de glace, soit 200 fois la concentration naturelle. Les restrictions progressives de l'utilisation du Plomb à partir des années soixante entraînent une baisse importante pour atteindre des taux similaires à ceux du dix-neuvième siècle.

2) L'action des polluants métalliques sur l'Homme :

A) Modes de transmission :

L'homme est soumis à la pollution des métaux (mercure, cuivre, plomb) par différentes manières. Il y a notamment l'absorption par les voies respiratoires des vapeurs de ces polluants, l'ingestion des poussières disposées sur le sol, et l'ingestion d'aliments ou d'eau contenant ces polluants.

Chez l'homme, l'empoisonnement chronique par ces polluants se produit lorsque de faibles quantités de ceux-ci sont ingérés de façon répétitive sur de très longues périodes.

B) Conséquences pour l'Homme :

L'accumulation de ces métaux dans l'organisme se manifeste par l'anémie, la faiblesse, la constipation, la colique, la paralysie des poignets et des chevilles. Cela peut également provoquer une augmentation de la pression artérielle, porter atteinte aux fonctions circulatoires et nerveuses en inhibant les réactions enzymatiques, ronger les membranes cellulaires, provoquer des mutations et des dégâts génétiques importants, des dommages spectaculaires et quasi irréversibles dans le cerveau, le foie, et les reins, et provoquer des cancers.

Plus spécifiquement chez l'enfant, l'absorption de polluants peut retarder le développement moteur et causer des problèmes d'audition et d'équilibre. De plus, ils sont suspectés d'être à l'origine de la baisse des facultés d'apprentissage : par exemple, en Thaïlande, une étude effectuée en 1990 a montré que 70.000 enfants vivants à Bangkok risquaient de perdre au moins quatre points de leur Q.I. (quotient intellectuel) à cause des additifs de plomb.

CONCLUSION :

La concentration de mercure est estimée à 10.000 tonnes par an. Cependant, la production mondiale de mercure diminue car on en produisait 6000 tonnes en 1988, et 4056 tonnes en 1995.

Pour le cuivre, la concentration est de 9 millions de tonnes par an aujourd'hui, alors qu'elle était de 10 millions de tonnes en 1995. De plus, elle est quinze fois moins élevée que la période précédente.

En ce qui concerne le plomb, des progrès sont réalisés grâce à une meilleure maîtrise des flux de plomb dans l'atmosphère : la loi de 1976 gène les gros émetteurs industriels dans le cadre de la protection de l'environnement. Dans la même perspective, les U.S.A. ont commencé à éliminer l'essence au plomb après l'adoption en 1970 de la " loi de l'air pur ". Il faudra attendre le milieu des années 1980 pour que la Commission Européenne suive leur exemple.

Dans tous ces pays qui ont pris des mesures pour réduire le plomb dans l'essence ou pour limiter l'utilisation de l'essence plombée : la plombémie diminue. En effet, les valeurs limites du plomb sont passées de 0,25g/l en 1989 à 0,15g/l en 1991. On sait par ailleurs que le contrôle de facteurs comme l'alimentation, l'environnement industriel et les conditions socio-éducatives peut aboutir à une réduction appréciable de la pénétration du plomb chez l'enfant.

Malgré les quelques mesures prises pour protéger notre avenir de la pollution, de réelles menaces pèsent toujours sur notre environnement.

BIBLIOGRAPHIE :

- LA CIVILISATION DE L'OCCIDENT MEDIEVAL : écrit par Jacques LE GOFF. Edition : ARTHAUD ; 1964.

- LA POLLUTION DES MERS : Collection : Que sais-je ? ; 1974.

- LE BILAN DU XXème SIECLE : HARENBERG ; 1992. (pages 222,241 ; 253,255 ; 257,259).

- ROME ET LA CONQUETE DU MONDE : écrit par Claude NICOLLET ; août 1994. (tome 1).

- LA GRANDE CHRONOLOGIE ILLUSTREE DE L'HISTOIRE MONDIALE : Edition : ARTEMIS ; octobre 1998.

- La recherche (magazine) n°198 ; avril 1988.

- Pour la science (magazine) n°228 ; octobre 1996.

- Science et vie (magazine) n°972 ; septembre 1998.

- Encyclopédie Encarta 1999 (cédérom).

- http://sfa.univ-poitiers.fr/commedia/MSTgeot99/glaces/synthese.html

- http://gric.univ-lyon2.fr/gric3/decouverte/document/NotesdeCours/mercure.htm

- http://www.ujf-grenoble.fr/ujf/fr/actualites/info-hebdo/1999/inf9615.phtml

- http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/doseau/decouv/degradation/10_pollution.htm

- http://www.univ-lemans.fr/trouve/pollut.html

- http://www.idrc.ca/Media/MercuryPoisoningf.html

- http://www.insu.cnrs-dir.fr/documentation/Insu_doc/sc_planet_news_cuivre.html

- http://sir.univ-lyon2.fr/GRIC-COAST/Home/llediour/FAYS/partages/pagehome.html

- HONG Sungmin,CANDELONE Jean-Pierre, PATTERSON Clair C, BOUTRON Claude. History of ancient copper smelting pollution during roman and medieval time recorded in Greenland ice. Science. 12 Avril 1996, vol. 272,p. 246-249 : L'histoire de la pollution atmosphèrique par le Cuivre révélée par les glaces du Groenland. 10 Mai 1996.
http://www.cnrs.fr/Cnrspresse/n23a4.html