9. Analyse élémentaire

9.1. Introduction

Ce chapitre se rapporte à l'analyse de certains éléments présents dans les poussières, qu'ils soient d'origine naturelle ou anthropique. Ces éléments se répartissent en deux grandes familles :

La frontière entre ces deux catégories peut parfois être floue et un élément peut à la fois être traceur et se révéler toxique. D'autres éléments font l'objet de mesures alors que leur toxicité n'est pas clairement établie, le but étant simplement la connaissance maximale des poussières atmosphériques.

Le Tableau 64 reprend, dans l'ordre alphabétique, les différents éléments analysés, la catégorie à laquelle ils appartiennent, le réseau dans lesquels ils sont mesurés, ainsi que le paragraphe s'y rapportant.

Toxiques(*)
Traceurs
Réseaux
Paragraphe
Métaux lourds
Poussières sédimentables
Al
X
9.4.1.
As
X
X
9.4.2.
Sb
X
X
9.4.3.
Ba
X
X
9.4.4.
Cd
X
X
X
9.4.5.
Ca
X
X
X
9.4.6.
Cr
X
X
X
9.4.7.
Cu
X
X
X
9.4.8.
Fe
X
X
X
9.4.9.
Mg
X
X
9.4.10.
Mn
X
X
9.4.11.
Mo
X
9.4.12.
Ni
X
X
X
9.4.13.
Pb
X
X
X
9.4.14.
Se
X
X
9.4.15.
Si
X
9.4.16.
Ti
X
9.4.17.
V
X
X
9.4.18.
Zn
X
X
9.4.19.

(*) TLV < 1000 µg/m³

Tableau 64 : Eléments analysés en Région wallonne

La TLV est une valeur dérivée des études ayant trait à l'hygiène industrielle; elle est fixée de façon à ce qu'un travailleur, exposé 8 heures par jour, 5 jours semaine, et ce pendant 30 ans, ne présente pas de pathologie à la suite de l'exposition. Il n'y a pas de règle établie pour extrapoler ces valeurs de référence aux mesures dans l'environnement. On considère néanmoins, et ce de manière empirique, que le centième de la TLV peut servir de référence en l'absence de données plus pertinentes.

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9.2. Généralités

Les composés métalliques sont émis dans l'atmosphère par des sources naturelles dont les plus importantes sont les volcans, les embruns marins et l'érosion. Ils résultent également d'activités humaines, telles que la combustion de combustibles fossiles (industrie, chauffage, transport), la métallurgie, l'incinération de déchets, etc.

Au niveau mondial, on estime que la part des émissions naturelles est au moins égale à celle des émissions anthropiques (égale dans certains cas, nettement supérieure dans d'autres). Bien que l'on ne dispose pas de chiffres à ce propos, pour un pays industrialisé comme la Belgique, il est vraisemblable que les émissions anthropiques soient majoritaires.

Le mercure est émis majoritairement sous forme gazeuse et reste dans l'atmosphère sous forme élémentaire, mais il constitue une exception.

Les autres composés métalliques sont volatilisés à haute température et se recondensent sur les particules de poussières dès que la température diminue sous leur point d'ébullition, en général, avant même que les fumées ne soient émises. Ce phénomène se déroulant à la surface des particules, on note des concentrations beaucoup plus importantes dans les particules de faible diamètre, car elles présentent un rapport surface/volume (ou surface/poids) plus important. En effet, la surface est fonction du carré du diamètre de la particule et le volume est fonction du cube du diamètre. Ainsi, si on compare deux particules A et B, B ayant un diamètre 10 fois plus important que A, la surface de B sera 100 fois plus grande et son poids sera 1000 fois plus important.

Malheureusement, ces particules fines, d'une part, échappent le plus facilement aux systèmes de dépoussiérage et sont transportées loin de la source d'émission et, d'autre part, pénètrent le plus loin dans le système respiratoire et peuvent atteindre les alvéoles pulmonaires où les échanges avec les tissus et le sang sont faciles. Elles présentent donc un danger important pour la santé.

En Wallonie, les métaux sont dosés dans les particules en suspension (Réseau Métaux Lourds) et dans les particules sédimentées (Réseau Poussières Sédimentables). Les informations relatives aux modes de prélèvement sont reprises au chapitre 8.

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9.2.1. Transformations, interactions et transport

Les composés métalliques sont généralement stables et on ne trouve pas dans la littérature de description de leur transformation. Leur transport est surtout fonction du type de particules sur lesquelles ils sont adsorbés.

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9.2.2. Emissions

Le calcul des émissions de composés métalliques a fait l'objet d'un premier exercice en 1990 et d'un second en 1994. Nous ne publierons donc, cette année, que l'ordre de grandeur des émissions anthropiques globales wallonnes. Pour chacun des métaux visés, les secteurs d'activité ayant des émissions significatives sont cités pour information.

Emissions wallonnes totales estimations 1994 en kg/an
secteurs principaux
Arsenic 2 600métallurgie; combustion dans la production d'électricité, le domestique, l'industrie, le transport routier
Cadmium 3 200idem As
Chrome 23 600 idem As + incinération et production de verre
Cuivre 23 500 idem As + production de cuivre
Mercure 4 600production de ciment + idem As
Nickel 34 500 idem Cr
Plomb 194 200 transport routier, métallurgie, production de verre, incinération
Sélénium 21 500 production de verre
Zinc220 000 métallurgie, production de verre, de cuivre, incinération

Tableau 65 : Emissions de métaux lourds en 1994

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9.2.3. Immissions et effets

La plupart des éléments métalliques sont nécessaires en faible dose à la vie (oligo-éléments), mais ils peuvent se révéler très nocifs s'ils sont présents en quantités trop importantes. C'est le cas du fer (Fe), du cuivre (Cu), du zinc (Zn), du nickel (Ni), du cobalt (Co), du vanadium (V), du sélénium (Se), du molybdène (Mo), du manganèse (Mn), du chrome (Cr), de l'arsenic (As) et du titane (Ti). D'autres ne sont pas nécessaires à la vie et sont préjudiciables dans tous les cas comme le plomb (Pb), le cadmium (Cd) et l'antimoine (Sb).

Les composés métalliques ont une toxicité variable, selon leur nature et leur voie de pénétration (ingestion, respiration, contact avec la peau). La seule voie de pénétration prise en considération dans ce rapport étant l'inhalation, les informations suivantes sont donc uniquement valables pour les métaux contenus dans les poussières en suspension. De façon générale, on peut citer des effets sur le système respiratoire, sur le système digestif et sur la peau. Trois de ces métaux sont à ce jour considérés comme étant cancérogènes : As, Cr et Ni.

Des informations plus précises, relatives à l'Europe de l'Ouest, ont été trouvées pour les métaux suivants :

Pour le cadmium, les effets pour les expositions à court terme se portent sur le système respiratoire, et celles à long terme, sur la peau et sur les reins.

Pour le chrome, les effets se portent sur le système respiratoire et sur la peau.

Le chrome hexavalent étant beaucoup plus toxique et cancérigène que le trivalent, il devrait être considéré séparément, ce qui pose d'importants problèmes analytiques.

Pour le plomb, les effets se portent surtout sur le système nerveux (saturnisme) et provoquent une augmentation de la pression sanguine, avec pour conséquences des risques accrus d'affections cardio-vasculaires et cérébro-vasculaires.

Les données reprises ci-dessus sont antérieures à l'introduction massive de carburants sans plomb pour les véhicules à moteur essence.

Pour le manganèse, les effets se portent surtout sur le système nerveux, mais aussi sur le système respiratoire.

Pour le nickel, les effets sont des allergies de la peau et des muqueuses; il produit aussi des problèmes de type asthmatique.

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9.2.4. Normes et valeurs guides

Métal
Valeur guide OMS (µg/m3 )
TLV (µg/m3 )
Norme belge
Al 2000
Asnon détectable 10
Ba 500
Cd0.001 à 0.005 (rural) moyenne 1 an

0.01 à 0.02 (urbain) moyenne 1 an

2
Ca 2000
Cr non détectable 50
Cu 200
Fe 1000
Mg 10000
Mn1 moyenne 1 an 1000
Mo 5000
Ninon détectable 100
Pb0.5 à 1 moyenne 1 an 150 2 µg/m3 moyenne annuelle
Se 200
Sb 500
Si 10000
Ti 10000
V1 (moyenne sur 24h) 50
Zn 1000

Tableau 66 : Normes et valeurs guides

Les valeurs de concentration relevées dans les poussières sédimentées donnent une indication sur la pollution du sol et des eaux de surface par la voie des retombées.

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9.3. Evolution des limites de détection pour les métaux lourds (particules en suspension)

La détermination des limites de détection nécessite la mesure répétée d'un nombre de "blancs" ou d'échantillons de teneur proche de cette limite.

Dans le cas des mesures sur filtre, cette limite dépend :

Le précédent rapport concernant les mesures de l'année 1996 ne disposait que de huit mois d'utilisation du nouveau spectromètre acquis en mai. Les valeurs choisies pour les limites de détection ne concernaient alors qu'un seul lot de filtre et aucune intervention susceptible de modifier les caractéristiques du spectromètre.

L'année 1997 a introduit un nouveau lot de filtre et une intervention. Ceci explique les valeurs quelque peu différentes obtenues cette année.

La répétition de ces déterminations et le choix systématique de la plus grande des valeurs obtenues devraient bientôt amener à la fixation d'une limite de détection " haute ", représentatives des conditions analytiques les plus défavorables et permettant une meilleure cohérence dans les rapport.

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9.4. Analyse par élément

Cliquer sur l'élément que vous désirez dans le tableau ci-dessous.


Aluminium
Calcium
Manganèse
Silicium
Arsenic
Chrome
Molybdène
Titane
Antimoine
Cuivre
Nickel
Vanadium
Baryum
Fer
Plomb
Zinc
Cadmium
Magnésium
Sélénium



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