Alina Kabata-Pendias
ALINA KABATA-PENDIAS est professeur de géochimie à l'Institut de pédologie et de culture des plantes de Pulawy (Pologne), ainsi qu'à l'Institut de géologie de Varsovie. Elle est coauteur d'un ouvrage en préparation intitulé Oligo-éléments dans les sols et les plantes.
INDE. ETUDE DE LA POLLUTION CHIMIQUE l'industrialisation cause déjà des problèmes
Il reste encore énormément à faire pour améliorer la connaissance que nous avons des processus complexes entrant en jeu dans la pollution chimique de la biosphère. Entre-temps, il importe de démontrer de manière convaincante que les contraintes qui s'exercent sur les milieux freinent sérieusement la végétation arborescente et herbacée spontanée ou cultivée, nuisant à la quantité aussi bien qu'à la qualité. Une prise de conscience de ce problème amènera d'une part à instaurer des relations appropriées entre l'industrie et l'agriculture, et d'autre part à se préoccuper davantage des besoins de la biosphère.
Les caractéristiques chimiques et physiques de la biosphère sont déterminées par les propriétés de ses constituants fondamentaux, tels que climat et sol. Egalement importantes sont la lithosphère, couche inférieure de l'atmosphère, et l'hydrosphère, qui comprend toutes les masses d'eau et la vapeur d'eau contenues dans l'atmosphère.
Les arbres et autres végétaux sont très sensibles aux effets des polluants chimiques, mais la nature et l'ampleur des dégâts que ceux-ci produisent sont difficilement prévisibles. Des interactions complexes s'établissent entre air, eau et sol, selon les composés chimiques en jeu, le type de couvert végétal, les conditions atmosphériques et les types de sols. La lutte contre la pollution chimique exige non seulement une meilleure connaissance, mais également une planification et une coopération internationale plus étendues.
Les composantes chimiques de la biosphère, et plus particulièrement des organismes vivants qui en font partie, sont le résultat d'une longue évolution à l'échelle géologique. Les concentrations d'éléments dans la biosphère sont généralement en rapport avec leur abondance dans la croûte terrestre.
L'homme, en tant qu'élément intégrant de la biosphère, ne s'adapte pas à son environnement par des processus biologiques, comme les autres organismes, mais par des changements technologiques et culturels. Son impact sur la biosphère est très étendu et complexe, et a le plus souvent entraîné des changements irréversibles.
Alors que les modifications géologiques et biologiques de la surface terrestre sont très lentes, les changements apportés ou favorisés par l'homme se sont additionnés avec une rapidité extrême au cours de la période récente. Tous ces changements perturbent l'équilibre naturel des écosystèmes, lesquels sont l'aboutissement d'une longue évolution; aussi conduisent-ils presque toujours à une dégradation du milieu naturel. Le développement des activités agricoles, par exemple, a eu pour conséquence la transformation de nombreux écosystèmes naturels en agro-écosystèmes artificiels. Bien que l'impact de l'homme sur la biosphère remonte à la période néolithique, les problèmes de détérioration des écosystèmes due à la pollution se sont aggravés à un rythme surprenant au cours des deux dernières décennies.
La pollution de l'environnement, notamment par des composés chimiques, est l'un des plus puissants facteurs de destruction des éléments constituants de la biosphère. Parmi tous les polluants chimiques, l'anhydride sulfureux (SO2), les hydrocarbures, les oligo-éléments et les complexes oxydants (O3, NO2 et nitrate de peroxyacétyle) sont considérés comme les plus nocifs sur le plan de l'écologie, de la biologie et de la santé. Toutefois, n'importe quel composé chimique provenant de déchets industriels ou urbains peut faire peser des contraintes sur la biosphère.
L'industrialisation rapide et l'exode des ruraux vers les villes ont eu pour conséquence des concentrations anormales de polluants chimiques, surtout parce que les besoins énergétiques se sont trouvés fortement localisés. Ces concentrations de polluants, toutefois, ne restent normalement pas localisées; elles se répandent souvent largement et franchissent même les frontières nationales ou les limites des continents.
La consommation d'énergie et de matières minérales par l'homme est la principale cause de pollution chimique de la biosphère. On peut estimer le volume total mondial d'éléments chimiques polluants libérés dans l'environnement en se basant sur la consommation et la demande mondiales de matières minérales et d'énergie, en augmentation rapide depuis quelques années. Le transport, le temps de séjour, le destin et les effets à long terme des polluants dans un écosystème donné sont encore mal connus, bien que les recherches sur les propriétés et les interactions écologiques des composés chimiques se soient considérablement multipliées et amplifiées ces deux dernières décennies.
Il est cependant possible, dans l'état actuel de nos connaissances des contraintes chimiques sur la biosphère, de donner quelques caractéristiques générales des polluants chimiques. Citons les suivantes:
· large dispersion et transport à longue distance dans l'atmosphère;
· fixation rapide par les fractions organiques et minérales dans les eaux;
· longue persistance de la plupart des polluants à la surface du sol;
· dépôt sur la surface des plantes, empêchant l'absorption de lumière;
· bio-accumulation, qui affecte généralement la composition chimique des plantes sans causer de lésion visible;
· perturbation des processus métaboliques dans les tissus vivants;
· résistance à la désintoxication métabolique, d'où entrée dans la chaîne alimentaire;
· interaction avec les éléments du sol, provoquant un changement de pH du sol et un affaiblissement des complexes absorbants organiques et minéraux.
Le dépôt d'acide par les précipitations est jusqu'à trois fois supérieur sous les pins que sur terrain découvert, une fois et demie plus élevé sous les épicéas et inférieur sous les bouleaux.
La pollution atmosphérique vient surtout de la combustion du charbon et autres combustibles minéraux, ainsi que de la fusion du fer et des métaux non ferreux. Toutefois les fourneaux domestiques, les feux de bois et les incendies de forêt peuvent aussi contribuer sensiblement à la pollution locale. Les matières libérées par les activités humaines ne sont pas la seule source de pollution atmosphérique dans le monde; certains phénomènes naturels, tels que poussières éoliennes, éruptions volcaniques, évaporation superficielle des eaux, doivent également être pris en considération.
La pollution atmosphérique a de graves répercussions sur les eaux et le sol. On a constaté dans de nombreux pays que la pollution des eaux apportée par l'atmosphère ou par des eaux usées et des eaux de drainage tuait des organismes vivants dans des petits bassins hydrologiques. Ce problème est également en rapport étroit avec les ressources en eau potable. La plupart des éléments chimiques, notamment les oligo-éléments métalliques, ne subsistent pas longtemps dans l'eau sous forme soluble. Ils se présentent principalement à l'état de colloïdes en suspension, ou sont fixés par des substances organiques et minérales, ce qui fait qu'avec le temps ils tendent à se concentrer dans les sédiments de fond et dans le plancton. Cependant, les éléments les plus volatils (iode, brome) et ceux qui sont facilement alkylés par les micro-organismes (mercure, sélénium, arsenic) sont mobilisés et peuvent s'évaporer à la surface de l'eau.
Les sédiments de fond contaminés peuvent conduire à une accumulation de composés chimiques dans le sol. Ce dernier est l'élément composant de la biosphère le plus spécifique, parce qu'il agit non seulement comme un égout géochimique pour les polluants, mais également comme un tampon naturel réglant le cycle des éléments et substances chimiques et leur passage dans l'atmosphère, l'hydrosphère et les organismes vivants.
Tous les polluants chimiques, de quelque source qu'ils proviennent, finissent par atteindre le sol superficiel, où leur destinée dépend ensuite des propriétés chimiques et physiques de ce sol. On sait que les polluants anioniques, tels qu'anhydride sulfureux et fluorures, altèrent certaines propriétés du sol, qu'ils sont aisément lessivés à travers le sol et pénètrent dans les eaux souterraines. Par contre, la persistance dans le sol des polluants cationiques, notamment des métaux lourds, est beaucoup plus longue que dans les autres composants de la biosphère. Les métaux accumulés dans les horizons superficiels du sol sont lentement éliminés par lessivage, absorption par les plantes, érosion ou déflation. Pour les sols contaminés par certains métaux lourds (zinc, cadmium, plomb, par exemple), la réduction de 50 pour cent de la concentration de métal peut prendre quelques décennies ou plusieurs milliers d'années (Kitagishi et Yamane, 1981).
Les oligopolluants dans le sol sont déposés par les engrais, les pesticides et les matières provenant des eaux d'égout de même que de l'atmosphère. Ainsi, les activités industrielles et agricoles causent dans le sol superficiel des concentrations de métaux lourds plusieurs fois supérieures au niveau naturel.
Les plantes sont de bons indicateurs de la composition chimique et de l'état physique du sol. S'il existe dans le sol un déséquilibre, dû à une culture abusive ou à la contamination par des polluants, les plantes l'indiqueront par divers changements dans leur aspect, leur composition chimique et leurs fonctions biochimiques.
La contamination du sol, déjà relativement courante, ne fera sans doute que s'accroître. A noter que les sols sont presque toujours contaminés par plusieurs polluants métalloïdiques à la fois (anhydride sulfureux, dioxyde d'azote, acide fluorhydrique), souvent accompagnés de précipitations acides. La possibilité d'une interaction synergique entre ces polluants dans le sol en aggrave considérablement les effets.
...ET A RIO les pluies acides ne connaissent pas de frontières
A l'échelle mondiale, les oxydes de soufre, en particulier SO2, sont les polluants les plus nocifs pour la végétation et les sols. Ils endommagent également les produits de l'industrie humaine tels que les bâtiments. En fait, on estime qu'un tiers seulement des oxydes de soufre contenus dans l'atmosphère proviennent des activités humaines (Taylor, 1980). Cependant, l'anhydride sulfureux SO2 émis dans l'atmosphère s'y oxyde rapidement en SO3; celui-ci réagit immédiatement avec la vapeur d'eau atmosphérique (H2O) pour former de l'acide sulfurique (H2SO4), responsable des pluies acides dont les graves effets, tant sur la végétation que sur les sols, sont bien connus.
La répartition géographique des émissions de soufre est extrêmement variable. Pour les pays européens on a calculé qu'elle variait entre moins de une tonne et plus de 30 tonnes de SO2 par km2 et par an. Malgré de nombreuses recherches, on ne comprend pas très bien encore les effets sur la végétation et les sols des précipitations acides, des retombées sèches de soufre et du SO2 gazeux. On peut cependant affirmer que les conséquences complexes - directes et indirectes - de la pollution par l'anhydride sulfureux au niveau du sol dépendent des facteurs climatiques, de la capacité tampon du sol et du degré de tolérance des plantes.
Alors qu'une légère augmentation de l'acidité du sol peut favoriser la disponibilité d'éléments nutritifs et par suite la capacité productive du sol, les précipitations acides ont pour conséquence ultérieure la mobilisation et le lessivage de divers éléments nutritifs. Les effets secondaires d'une forte acidification du sol peuvent aussi se traduire par des teneurs toxiques d'aluminium, manganèse et autres métaux, facilement assimilables par les plantes (Hutchinson et Collins, 1978). L'activité biologique du sol acidifié est souvent inhibée du fait que la plupart des micro-organismes du sol préfèrent un pH neutre.
Les conséquences écologiques des précipitations acides sont des plus graves dans les sols légèrement acides à faible pouvoir tampon des régions tempérées et boréales, où une acidification même faible peut entraîner une perte très nette de productivité. Les retombées de soufre risquent également d'être destructives pour les sols des régions arides et semi-arides où l'accumulation de sels dans les horizons superficiels peut sérieusement nuire à la fertilité.
De la nature du sol dépend la sensibilité d'un écosystème aux précipitations acides. Celles-ci peuvent être neutralisées par des sels alcalins; échangées contre des cations (ions à charge positive); ou lessivées à travers le sol et pénétrer dans le réseau d'eaux souterraines.
En règle générale, les anions SO4 ont plus de chances d'être éliminés par lessivage dans les sols de la zone tempérée que dans les sols tropicaux, lesquels ont une capacité d'absorption de SO4 bien supérieure parce qu'ils contiennent plus de sesquioxydes.
On sait que la végétation, et en particulier le couvert forestier, modifie les précipitations reçues. Les résultats dépendent beaucoup de l'essence dominante. C'est ainsi par exemple que le dépôt d'acide par les précipitations est jusqu'à trois fois supérieur sous les pins que sur terrain découvert, une fois et demie plus élevé sous les épicéas et inférieur sous les bouleaux (Bjor, Horntvedt et Joranger, 1974).
L'eau de pluie s'écoulant à la surface des plantes montre un gain de concentration en éléments chimiques dû à l'entraînement ou au lessivage des ions sur le feuillage. En conséquence, on constate que l'acidité de la surface des plantes, par exemple de l'écorce des arbres, augmente (figure 1). Les effets directs des précipitations acides sur la végétation sont les suivants:
· détérioration de la structure des surfaces protectrices;
· perturbation des échanges gazeux et des processus du métabolisme et de la croissance;
· empoisonnement des cellules végétales, entraînant des lésions nécrotiques;
· altération des processus d'exsudation des feuilles et des racines, affectant les populations de micro-organismes associées;
· interaction synergique avec les autres contraintes sur le milieu.
L'une des conséquences les plus fréquentes des précipitations acides sur la surface terrestre est une diminution de la productivité des écosystèmes naturels non aménagés tels que la forêt. Les pratiques agricoles normales peuvent éviter les effets destructeurs du dépôt de soufre si la végétation n'est pas directement touchée par les précipitations acides ou si les sols ne sont pas déficients en éléments nutritifs.
En fait, on attribue aux pluies acides diverses sortes de dégâts à la biosphère, par exemple la destruction de vastes superficies d'arbres à feuilles persistantes, le déclin de la sapinette rouge dans les montagnes et la mort des poissons dans les lacs acidifiés (Bengley et LaBreoque, 1982). A ces effets de courte durée s'ajouteront toutefois les effets écologiques à long terme des émissions croissantes de soufre d'origine anthropique, et nul ne peut prédire quels seront ces effets.
PULVÉRISATION D'UN CHAMP DE BLÉ EN MONGOLIE ET ...
... D'UNE RIZIÈRE AU LIBÉRIA les engrais et les pesticides déposent des oligo-éléments dans le sol
On se rend compte de plus en plus de l'importance que revêtent ces polluants. Le temps n'est plus où l'on considérait les oligo-éléments uniquement du point de vue de la nutrition des plantes.
Beaucoup d'entre eux se rencontrent dans la matière vivante, pour la plupart en concentrations inférieures à 0,1 pour cent. Certains - aluminium, bore, chrome, cobalt, cuivre, étain, fer, fluor, iode, manganèse, molybdène, nickel, sélénium, silicium, vanadium, zinc - sont indispensables à la croissance, au développement et à la santé des organismes végétaux aussi bien qu'animaux. En général, la distinction entre concentrations inoffensives et toxiques est très difficile à déterminer.
Tableau 1. Bilan des apports par l'atmosphère et des prélèvements par les eaux de certains oligo-éléments métalliques dans différents sols (g/ha/an)
|
Pays |
Sol |
Végétation |
Cadmium |
Cuivre |
Plomb |
Zinc |
||||
|
Entrées |
Sorties |
Entrées |
Sorties |
Entrées |
Sorties |
Entrées |
Sorties |
|||
|
Danemark |
Limon sableux |
Cultures |
3 |
0,3 |
- |
- |
260 |
0,3 |
250 |
120 |
|
République fédérale d'Allemagne |
Limon fin |
Forêt de pins |
4,5 |
1,4 |
18 |
7 |
110 |
6 |
210 |
76 |
|
Pologne |
Limon sableux |
Cultures |
5 |
3 |
39 |
25 |
207 |
40 |
547 |
180 |
|
Suède |
Sol forestier |
Forêt d'épicéas |
2 |
5 |
20 |
29 |
150 |
81 |
180 |
270 |
|
Etats-Unis |
Limon sableux |
Forêt à feuilles caduques |
21 |
7 |
- |
- |
286 |
6 |
538 |
140 |
Source: Kabata-Pendias et Pendias (sous presse).
On sait que la plupart des oligo-éléments, et notamment les métaux lourds, s'accumulent dans le sol superficiel par suite de la contamination locale et du transport à longue distance des polluants par l'atmosphère. On a étudié dans différents pays le bilan entrées - sorties d'oligo-éléments dans les sols (tableau 1) et montré qu'à l'échelle mondiale leurs concentrations dans le sol superficiel augmenteront sans doute à mesure que s'intensifieront les activités industrielles et agricoles.
Dans la région de Tokyo, on a estimé l'accroissement annuel approximatif des métaux lourds dans le sol, causé par les retombées de poussière, à, 0,05 p.p.m. pour le cadmium, 0,5 p.p.m. pour le plomb et le zinc (Kitagishi et Yamane, 1981). Des valeurs analogues ont été calculées pour les pays européens, en tenant compte du flux de sortie des éléments: (en p.p.m.) cadmium 0,001; nickel 0,003; chrome 0,007; cuivre 0,02; plomb 0,05; zinc 0,08 (Kabata-Pendias et Pendias, sous presse).
Selon les sols, les espèces végétales et les conditions de végétation, la contamination du sol influe différemment sur la situation des oligo-éléments dans les plantes. Bien que les normes relatives aux concentrations limites admissibles d'oligo-éléments dans le sol en soient encore au stade de l'expérimentation et de la discussion, certains auteurs ont indiqué des seuils de toxicité pour ces éléments (tableau 2).
En règle générale, le pouvoir tampon des sols vis-à-vis des oligo-éléments est en relation étroite avec la capacité d'échange de cations, qui commande les niveaux critiques de polluants présentant des effets toxiques pour les plantes et les milieux. En général, le pouvoir tampon - encore appelé a résistance du sol à la contamination chimique» - d'un sol lourd non acide contenant beaucoup de matière organique et de sesquioxydes est très supérieur à celui d'un sol léger sableux acide. Ainsi, un sol limoneux neutre peut accumuler une quantité plus grande d'oligo-éléments avec moins d'effets nocifs sur la biosphère. Toutefois, dans certains cas particuliers, les oligo-éléments peuvent aussi être fortement mobilisés dans des sols neutres ou alcalins. On sait que dans les sols de rizière limoneux, par exemple, divers métaux lourds sont facilement mobilisés en raison de la prédominance des processus de réduction. Dans les sols calcaires et ferralitiques des régions arides et semi-arides, certains oligo-éléments peuvent se trouver dans des ions complexes facilement dissous.
Figure 1. Acidité de l'écorce des arbres et concentrations d'anhydride sulfureux (SO2) atmosphérique en forêt selon la distance sous le vent d'une aciérie. Le chêne testé est Quercus robur; le tilleul, Tilia cordata; et le pin, Pinus sylvestris. (Droites de régression approximatives reproduites d'après l'étude de Grodzinska, 1979.)
Tableau 2. Concentrations de quelques oligo-éléments considérés comme présentant des teneurs toxiques excessives dans le sol superficiel (p.p.m. PSA)
|
Elément |
Proportion de la teneur totale |
|
Bore |
25-100 |
|
Cadmium |
3-8 |
|
Chrome |
75-100 |
|
Cuivre |
60-120 |
|
Plomb |
100-400 |
|
Molybdène |
2-10 |
|
Nickel |
100 |
|
Zinc |
70-400 |
Source: Kabata-Pendias et Pendias (sous presse).
D'une manière générale, des plantes poussant sur un sol contaminé tendent à absorber davantage d'oligo-éléments, et les concentrations de ces derniers dans les tissus végétaux sont souvent en corrélation positive avec leur abondance dans le sol, et notamment dans la solution du sol (figure 2).
Bien que les plantes exercent un contrôle sur l'absorption ou le rejet de certains éléments chimiques grâce à des réactions physiologiques appropriées, on, sait que ce sont des récepteurs passifs d'oligo-éléments du fait de l'absorption par les racines ou de l'interception des retombées. Par conséquent, le dépôt d'oligo-éléments contenus dans l'atmosphère directement sur la surface des plantes contribue d'une manière importante aux effets nocifs des éléments chimiques. Bien que beaucoup d'oligo-éléments soient indispensables à la croissance des plantes, ils peuvent aussi, en concentrations élevées, avoir des effets toxiques sur leur métabolisme. La figure 3 présente des schémas hypothétiques de réactions des plantes à des concentrations croissantes d'oligo-éléments essentiels et non essentiels.
Le métabolisme des plantes souffre autant d'une carence que d'un excès d'oligo-éléments nutritifs. Il importe au plus haut point qu'il y ait un juste équilibre entre tous les éléments chimiques dans les tissus de la plante, parce que tous sont liés entre eux dans l'organisme végétal par des effets de synergie ou d'antagonisme - ou par les deux à la fois.
Les réactions fondamentales liées aux effets toxiques d'excès d'oligo-éléments dans les organismes tant végétaux qu'animaux sont les suivantes:
· changements dans la perméabilité des membranes cellulaires;· réaction avec des groupements mercaptans, entraînant une dénaturation des protéines;
· concurrence avec les métabolites essentiels dont ils prennent la place, et réaction avec des composés chimiques essentiels;
· déplacement d'ions essentiels et occupation de la place de composés chimiques essentiels.
Figure 2. Absorption d'oligo-éléments par les plantes en fonction de la concentration de ces derniers dans la solution nutritive.
Figure 3. Diagramme schématique montrant la plasticité dans le comportement des plantes face à une agression chimique: (a) aucun changement dans le comportement d'une espèce totalement tolérante et, par conséquent, pas de dommages; (b) apparition, avec le temps, d'une tolérance dans le comportement de plantes initialement non tolérantes; (c) réaction d'une espèce non tolérante, conduisant à des dégâts; la plante n'acquiert jamais de tolérance.
En dépit d'une grande diversité dans les niveaux de toxicité, on peut dire que les éléments les plus toxiques, tant pour les plantes supérieures que pour certains micro-organismes, sont les suivants: nickel, mercure, cuivre, plomb, cobalt, niobium, argent, béryllium et étain. Pour les organismes animaux, y compris l'homme, des risques sanitaires majeurs sont liés principalement à des concentrations accrues dans l'environnement de mercure, cadmium, plomb, béryllium, chrome, cuivre, nickel, argent, arsenic, antimoine, thallium, zinc, fluor, sélénium, tellure et radionuclides.
Une caractéristique commune des plantes est leur aptitude à survivre même en présence d'un excès d'oligo-éléments dans le milieu, principalement dans le sol. Les plantes inférieures - notamment les micro-organismes, les mousses, les levures et les lichens - révèlent un très haut degré d'adaptation aux agressions chimiques. Bien que les plantes supérieures soient réputées moins tolérantes, on sait qu'elles peuvent accumuler des oligo-éléments et survivre dans des sols contaminés par des doses toxiques de ces éléments.
On a noté un accroissement continu des concentrations d'oligo-éléments chez différentes plantes. L'augmentation la plus forte a été observée pour le plomb sur des échantillons de mousses récoltés en Suède entre 1875 et 1965 (Rühling et Tyler, 1969). De même, des bouquets d'arbres tant dans des zones rurales que dans des localités urbaines aux Etats-Unis avaient accumulé durant la période de végétation comprise entre 1963 et 1973 une quantité de plomb plusieurs fois supérieure à celle accumulée durant la période 1910-20 (Boggess et Wixson, 1977).
L'évolution de la tolérance aux oligo-éléments explique l'apparition de nouvelles variétés et de nouveaux génotypes dans des stations polluées. Les mécanismes de cette tolérance mettent en jeu des facteurs externes (par exemple, faible solubilité des ions entourant les racines des plantes), et des facteurs internes consistant en divers processus métaboliques qui protègent les organismes contre l'excès d'un micro-ion actif.
La résistance des plantes aux agressions par les oligo-éléments et leur aptitude à en accumuler de très grandes quantités (tableau 3) peuvent entraîner de graves dangers pour la santé humaine, parce qu'elles peuvent constituer un maillon contaminateur dans la chaîne alimentaire.
Le fluor émis par diverses installations industrielles, telles que fonderies d'aluminium, briqueteries, verreries, fabriques d'engrais phosphatés, est considéré comme l'oligo-élément polluant le plus courant, le plus dangereux et le plus toxique pour les plantes. L'intense activité chimique de l'acide fluorhydrique, qui se forme à partir de fluorures solides aussi bien que gazeux, est responsable d'une forte acidification des sols et de la destruction des complexes minéraux argileux et humiques.
Bien que le fluor soit facilement assimilé par les plantes lorsqu'il se trouve sous forme soluble dans le sol, il n'existe pas de preuves de sa toxicité lorsqu'il est absorbé uniquement par les racines. En revanche, le fluor transporté par l'atmosphère; est hautement toxique pour les plantes.
Figure 4. Effets schématiques de concentrations d'oligo-éléments métalliques dans la solution nutritive sur le rendement et sur la teneur en métaux des plantes.
Figure 5. Réponse de jeunes plants d'orge aux concentrations de quatre métaux lourds dans leurs tissus. Les concentrations sont données en puissance de 10. (A partir de données fournies par Beckett, Davis et Brindley, 1979)
Tableau 3. Teneurs excessives d'oligo-éléments métalliques dans des plantes alimentaires ayant poussé sur un sol contaminé (p.p.m. PSA)
|
Elément |
Concentration |
Espèce et partie de la plante |
Source de pollution |
Pays |
|
|
Excessive1 |
Normale |
||||
|
Cadmium |
45 |
0,3 |
Laitue, feuilles |
Fonderie de plomb |
Australie |
|
4,2 |
0,08 |
Riz, grain |
Fonderie de zinc |
Japon |
|
|
6,4 |
0,4 |
Epinard, feuilles |
Fonderie de zinc/plomb |
Zambie |
|
|
Cuivre |
64 |
8' |
Laitue, feuilles |
Fonderie de cuivre |
Australie |
|
14 |
5 |
Radis, racines |
Jardin urbain |
Royaume-Uni |
|
|
4 |
2,8 |
Riz, grain |
Terres agricoles irriguées |
Japon |
|
|
Plomb |
1000 |
2 |
Laitue, feuilles |
Fonderie de plomb |
Royaume-Uni |
|
57 |
1,8 |
Carotte, racines |
Fonderie de plomb |
Pologne |
|
|
66 |
3 |
Epinard, feuilles |
Fonderie de zinc/plomb |
Zambie |
|
|
Mercure |
0,4 |
0,008 |
Laitue, feuilles |
Usine de chlore et soude |
Suisse |
|
0,8 |
0,05 |
Carotte, racines |
Mine de mercure |
Yougoslavie |
|
|
0,6 |
0,01 |
Avoine, grain |
Traitement de semences |
Suède |
|
|
Zinc |
710 |
25 |
Oignons, bulbes |
Fonderie de plomb |
Royaume-Uni |
|
316 |
40 |
Laitue, feuilles |
Fonderie de zinc |
Australie |
|
|
114 |
35 |
Soja, grain |
Terre agricole recevant des boues de vidange |
Etats-Unis |
|
Source: Kabata-Pendias et Pendias (sous presse).
1Teneurs maximales observées.
On sait que la pollution par le fluor inhibe la croissance de diverses plantes. Les dégâts les plus importants constatés sont ceux dus à une action combinée du fluor et de l'anhydride sulfureux. Les pins semblent être particulièrement sensibles à cette double action.
Bien que les plantes puissent acquérir des mécanismes de tolérance aux oligo-éléments, leur vigueur et leur productivité risquent néanmoins de se trouver sensiblement diminuées. Les figures 4 et 5 montrent d'une manière schématique les effets de concentrations d'oligo-éléments métalliques dans la solution nutritive sur le rendement et sur la teneur en métaux des tissus des plantes.
L'introduction, dans la biosphère, d'oligo-éléments d'origine anthropique est en fait un des aspects les plus sérieux de la pollution de l'environnement, Il faut se préoccuper tout particulièrement de l'agression, par les oligo-éléments, contre la biosphère des régions arides et semi-arides. Les processus bio-géochimiques qui interviennent dans ces régions peuvent conduire à des altérations rapides et irréversibles des milieux naturels.
Il faut se préoccuper tout particulièrement de l'agression, par les oligo-éléments, contre la biosphère des régions arides et semi-arides. Les processus bio-géochimiques qui interviennent dans ces régions peuvent conduire à des altérations rapides et irréversibles des milieux naturels.
Les oxydants photochimiques polluant l'atmosphère comprennent l'ozone (O3), le dioxyde d'azote (NO2) et le nitrate de peroxyacétyle (PAN).
Plusieurs autres substances peuvent également intervenir dans les réactions photochimiques, mais leur importance est bien moindre.
Ces composés, qui sont rejetés principalement par les installations industrielles et par les véhicules à moteur, ont été depuis peu reconnus comme étant les substances les plus nocives pour les règnes végétal et animal, notamment lorsqu'ils se présentent sous la forme de smog photochimique. Celui-ci est fait d'un mélange de polluants gazeux, aqueux et sous forme de particules solides, qui réagissent en présence de lumière ultraviolette et produisent des composés à la fois irritants et toxiques pour les tissus vivants.
Les facteurs météorologiques ont une influence sur la concentration, le transport et la toxicité des oxydants photochimiques dans l'atmosphère. La formation et la volatilité de ces derniers sont généralement accrues par temps chaud. Toutefois, d'autres facteurs, tels que la lumière et l'eau, peuvent également agir sur ces processus.
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Glossaire adsorption: rétention, en une couche extrêmement mince, de molécules (de gaz, de solutés ou de liquides) à la surface de solides ou de liquides avec lesquels elles sont en contact; diffère de l'«absorption a, par laquelle les; molécules pénètrent au-dessous de la surface des solides ou des liquidés. anion: spécifiquement, l'ion qui, dans une solution électrolysée, migre vers l'«anode», anode a, c'est-à-dire l'électrode positive; généralement, ion à charge négative. antagonisme: état d'opposition de deux ou plusieurs facteurs - polluants par exemple, dont les effets - combinés sont inférieurs à la somme de leurs effets individuels; antonyme de «synergie» (voir ci-dessous). anthropogène: relatif à l'action de l'homme sur la nature. calcaire: consistant en carbonate de calcium ou en contenant. cation: spécifiquement, l'ion qui, dans une solution électrolysée migre vers la «cathode», c'est-à-dire l'électrode négative, soit le contraire d'«anion» (voir ci-dessus); généralement, ion à charge positive. colloïde: substance dispersée au sein d'autres et qui ne peut traverser une membrane semi-perméable; composée de particules trop fines pour être décelées au moyen d'un microscope optique ordinaire; en suspension ou en solution, elle diffracte un rayon de lumière, et ne précipite pas. PSA: poids de l'échantillon séché à l'air, relatif à l'humus. sols ferralitiques: sols bien drainés, constitués à l'origine de roches surtout des oxydes des hydratés de fer et d'aluminium et à faible teneur en silice. métabolite, métabolique: un «métabolite» est un produit de «métabolisme», soit le résultat du processus de constitution ou de dégradation du protoplasme inhérent à la vie; on qualifie de «métabolique» un phénomène découlant du métabolisme, nécrose:, altération localisée d'un tissu consécutive à la mort de ses cellules. PAN: nitrate de peroxyacétyle. HPC: hydrocarbures polycycliques. phytotoxique: toxique pour les végétaux. p.p.m.: parties pour million. radionucléide: toute espèce nucléaire, caractérisée par sa masse et par sa charge. On écrit aussi «nuclide». sesquioxydes: oxydes hydratés de fer, d'aluminium et de titane, et de titane. synergie: association de plusieurs facteurs dont les effets combinés sont supérieurs à la somme des effets de chacun d'entre eux pris isolément; antonyme d'«antagonisme» (voir ci-dessus). groupes des thiols: appelés aussi «groupes des mercaptos»; classe de composés analogues aux alcools et aux phénols mais où l'oxygène est remplacé par du soufre; parfois d'odeur désagréable. volatil, volatiliser: une substance est «volatile» lorsqu'elle est facilement convertie en vapeur ou en gaz à des températures relativement faibles |
Les effets écologiques des oxydants, notamment leur absorption par les plantes, leur toxicité vis-à-vis de celles-ci et les mécanismes de résistance des plantes aux différents oxydants, ont fait l'objet de vastes études (Mudd et Kozlowski, 1975). D'une manière générale, on peut dire que les oxydants photochimiques réduisent les tissus photosynthétiques, par exemple en lésant les tissus foliaires, et nuisent aux processus d'échangés gazeux au niveau des surfaces foliaires. On a montré par ailleurs qu'acides aminés, protéines et acides gras non saturés sont sensibles à l'oxydation par l'ozone, qui entraîne diverses modifications des membranes cellulaires et affecte les processus métaboliques.
Les polluants se trouvant rarement à l'état isolé, un mélange de plusieurs gaz et autres substances toxiques pour les plantes peut avoir des effets divers selon leurs proportions et leurs interactions, et selon la résistance de l'écosystème considéré. Il faut néanmoins souligner que tous les oxydants, et en particulier l'ozone, causent des dommages étendus à la végétation et entraînent la décomposition des matériaux manufacturés.
Des composés photochimiques naturels, l'ozone par exemple, sont dégagés par les forêts sous l'action de la lumière solaire sur les terpènes et autres hydrocarbures qu'émettent certains types de grands massifs forestiers.
De nombreux polluants se trouvent dans l'atmosphère sous la forme d'aérosols composés de particules solides ou de gouttelettes de liquide en suspension dans l'air. Les particules en suspension de poussières, de produits chimiques, de liquides, de sel marin, de pollen et de bactéries abondent dans l'atmosphère, et leur comportement ainsi que leurs effets sur les organismes vivants sont fonction de leurs propriétés physiques. Les effets écologiques des particules en suspension sont l'aspect le moins connu de la pollution atmosphérique.
La composition physique de la pollution atmosphérique est extrêmement variable, les particules pouvant constituer entre 10 et 50 pour cent du total, selon les sources de pollution et les dispositions pour y parer.
En dehors de l'action chimique exercée par les particules en suspension, leur dépôt sur la surface des plantes entraîne une réduction de la radiation solaire pénétrant dans les tissus de la plante. Les effets des poussières atmosphériques sur la santé humaine sont également un grave sujet de préoccupation.
Parmi les dizaines de substances qui ont été identifiées comme constituants mineurs de l'atmosphère sous forme de particules, les polluants les plus nocifs sont la suie, les hydrocarbures polycycliques et l'amiante. Les fibres du type amiante, constituées par des silicates minéraux de texture fibreuse, se sont avérées susceptibles de provoquer de graves affections lorsqu'elles sont inhalées par l'homme ou les animaux (Maxwell, 1976).
Des particules organiques à l'état de traces, en particulier celles qui se forment lors des opérations de transformation de la houille, peuvent, même à faible concentration, être nocives pour l'environnement. Parmi les substances de ce groupe, les particules d'hydrocarbures, dont les hydrocarbures polycycliques, sont particulièrement dangereuses pour la santé humaine. Les escarbilles provenant de la combustion ou des processus de transformation de la houille contiennent des proportions variables, habituellement faibles, d'hydrocarbures polycycliques tels que pyrène, pérylène, fluoranthène, coronène. Certains d'entre eux sont connus comme étant cancérigènes. Ils se combinent tous avec des oligo-éléments polluants inorganiques pour former des composés organo - métalliques. Tous ces composés d'hydrocarbures polycycliques sont très absorbants et adhésifs, et sont de ce fait de plus en plus reconnus comme nocifs.
BRÉSIL. RECHERCHE EN MATIÈRE D'ASSAINISSEMENT avec le concours du PNUE, du PNUD et de l'OMS
Les particules rejetées par les cimenteries ont un effet très spécifique sur l'environnement. La poussière de ciment est composée de particules relativement grossières et contient beaucoup d'oxydes de calcium et de magnésium. Elle accroît le pH du sol et ralentit la croissance des plantes.
Jamais dans l'histoire de l'humanité il n'y a eu un plus grand besoin d'accroître la production d'aliments et d'énergie, et en même temps de préserver la biosphère. L'évolution de la situation au cours des dernières décennies démontre clairement la rapide destruction des ressources naturelles dont dispose l'homme. On sait maintenant que la dégradation chimique de la biosphère risque de devenir le principal obstacle à la production alimentaire du monde entier. La contamination du sol par des corps chimiques, et notamment par des oligo-éléments, doit venir au premier plan des préoccupations écologiques. Toutes les méthodes de restauration des sols chimiquement dégradés essayées jusqu'à présent ont échoué.
La déclaration de Y. Laulan (1982) illustre parfaitement la situation actuelle: a si la dégradation des terres se poursuit au rythme actuel, près du tiers des terres arables du globe seront détruites d'ici 20 ans.»
Jusqu'à présent la technique n'a conduit qu'au gaspillage des ressources; à l'épuisement, à la dégradation ou à la contamination des sols; et, enfin, à la pollution de l'atmosphère et des eaux. Ces ravages, jusque-là isolés, risquent maintenant de s'étendre à une vaste région, à un continent, ou même à la terre entière, comme dans le cas des retombées radioactives.
La nature des agressions chimiques contre la biosphère est telle qu'aucune mesure de lutte ponctuelle ne saurait désormais être tout à fait efficace si elle ne s'inscrit pas dans un système mondial. C'est pourquoi il faut de toute urgence que l'homme planifie de façon intégrée les activités industrielles et socio-économiques.
On peut espérer que, tirant parti de l'expérience des pays industrialisés, les pays en développement sauront éviter dans toute la mesure possible les conséquences néfastes d'une industrialisation et d'une urbanisation à grande échelle.
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