The use of acidimetric titration as a novel approach to study particulate trace metal speciation and mobility: Application to sediments of the Scheldt estuary. J.C.J. Petit, M. Bouezmarni, N. Roevros and L. Chou (2009). Applied Geochemistry Volume 24 (10), 1875-1888

L’étude de la spéciation des métaux lourds dans l’environnement est d’une importance capitale pour évaluer la toxicité réelle des polluants dans l’environnement, et a, dès lors, été l’objet de beaucoup d’intérêts depuis la fin des années 70 jusqu’à ce jour.

Pour comprendre la spéciation des métaux lourds, un nombre très important de méthodes basées sur le principe des extractions séquentielles (ou méthodes dites de Tessier)  ont été utilisées et se sont développées  intensivement pendant une vingtaine d’années, sans que l’une ne puisse s’imposer aux autres, si bien que les résultats ne pouvaient plus êtres comparés.

Vers 1993-1995, le SM&T (the Standard, Measurements and Testing programme) a proposé une procédure harmonisée à trois réactifs. Pourtant, de nombreuses études réalisées entre 1995 et 2005 relèvent de nombreux problèmes de sélectivité, et re-proposent des modifications au protocole harmonisé (!).

A ce stade, le problème central, qui a pourtant suscité tellement d’énergie et de moyens, demeure encore. Cependant, ce problème reste, somme toute  assez simple : comment conceptualiser une méthode chimique universelle  sans prendre en considération la nature de l’échantillon, c'est à dire sa sa composition minéralogique réelle.

Alors qu’il est reconnu que la principale source d’inexactitude des méthodes classiques est liée au mauvais contrôle de l’acidité du milieu réactionnel, il convenait alors d’envisager des méthodes alternatives à ces protocoles d’extractions séquentielles, pourtant très largement utilisés.

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La méthode a été appliquée à plusieurs échantillons de sols, de matières en suspension et de sédiments et a été comparée au protocole initial de Tessier.

Contrairement à la méthode de TESSIER, la méthode de titrage acidimétrique à démontré que la phase carbonatée n'intervient pas dans la spéciation des éléments en trace métalliques les plus toxiques comme le Cd et le Cu par exemple (figure 4).

La phase carbonatée (= calcite magnésienne + rhodocrosite) piège toutefois 25% du Mg total mais aussi 30% du Co total et 40% du Mn total.



Les oxyhydroxydes de Fe/Mn/Al jouent un rôle prépondérant dans le piégeage des polluants métalliques (70% du Cu,  70 % du Pb, 20 % du Cr et 20% du Co mais aussi 40% du Mn et 5% d’Al), en plus de représenter une source de phosphore inorganique à raison de 60% du phosphore total.

90 % du Cd et 85 % du Zn sont attribuée aux mono-sulfures (figure 5).

La méthode mise au point ne permet pas seulement de caractériser la spéciation des métaux lourds et des autres éléments, elle permet aussi de quantifier la réactivité des éléments et leur mobilité potentielle, suite à une modification de pH du milieu (figure 6).

Cette méthode, alternative aux extractions séquentielles, a un potentiel énorme en géochimie de l’environnement, elle est applicable quelque soit la matrice de l’échantillon et pourrait être utilisée sur d’autres matrices avec (relativement) peu de modifications.

 

Les minéraux majeurs réactifs à l’HCl sont identifiés par un simple calcul de balance de masse entre les protons consommés par la libération des éléments majeurs en solution (figure 3).



La spéciation des éléments mineurs et des éléments en  traces métalliques est déterminée par comparaison au titrage des éléments majeurs. Dans le cas des sédiments et des matières en suspension, la consommation complète des protons est balancée par la dissolution des carbonates et des oxyhydroxydes de Fe (figure 3, droite).

La méthode présentée dans l’article permet de contourner ce problème car elle est basée sur la solubilité des phases minérales de l’échantillon, dissoutes progressivement par un titrage acidimétrique au moyen d’HCl 1 mol/l (figure 2). Cette approche est beaucoup plus simple que les extractions séquentielles (qui utilisent une série de réactifs et de modes opératoires compliqués).



Notre méthode est également plus puissante au sens où les phases minérales présentes sont réellement identifiées plutôt de définies par le mode opératoire. De plus, l’utilisation d’ajouts croissants d’un réactif non spécifique tel que l’HCl permet de contourner le problème de sélectivité des réactifs utilisés dans les extractions séquentielles.

 

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