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Métaux lourds : la pollution au mercure

Dossier - Tout savoir sur le mercure
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Le mercure, métal mythique du Moyen Âge, est liquide à température ambiante. Il est indissociable de l'or, qu'il permet de purifier. Il fut à l'origine du baromètre et de bien d'autres expériences. Découvrez tous les secrets du mercure dans ce dossier.

  
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Le mercure fait partie des métaux lourds. Il peut engendrer une pollution. Celle-ci est essentiellement due à la phase gazeuse qui va permettre les différents transferts dans l'espace et avec la matière.

Les sources principales de cette page sont : la revue Ecomine (BRGM, mai 2005), la revue Géochronique (mars 2005), le journal du CNRS (mai 2004).

Incendie de forêt de nuit. © Jon Beard, Shutterstock

Sources du mercure dans l'environnement

Dans l'atmosphère terrestre, le mercure est présent surtout (90 %) sous sa forme élémentaire Hg° ; en quantités beaucoup plus faibles, se rencontrent le diméthylmercure et des dérivés mono- et diméthylés ; le mercure particulaire ne représenterait qu'environ 1 %. Tout ceci résulte de la grande volatilité du mercure.

Il existe plusieurs sources du mercure dans l'environnement :

  • Les roches et des sols contiennent du mercure
  • Les sources anthropiques : on pense aux gisements de mercure.

Les roches et des sols contiennent du mercure. L'érosion et l'altération sous l'effet de la température et des précipitations favorisent la libération du mercure (environ 600 t/an) contenu dans le sol...

Un exemple de sol altéré en Bretagne.

Les émissions issues des zones enrichies en mercure sont relativement modestes en comparaison de celles qui proviennent de zones à faible teneur mais beaucoup plus vastes, c'est paradoxal, mais les effets sont importants. Le Tibre en Italie déverserait chaque année dans la Méditerranée, 14 tonnes de mercure.

Mercure et rôle des plantes

Les plantes participent à ces phénomènes en absorbant du mercure qui est rejeté lors de leur décomposition.

Et les océans, qui contiendraient 300 milliards de tonnes de mercure (dans les sédiments) seraient responsables de l'émission annuelle de 800 à 1.000 t dans l'atmosphère.

Les autres émissions naturelles proviennent des éruptions volcaniques qui contribueraient pour 40 % (1.000 t/an) des rejets naturels ou encore des feux de forêt et des excrétions animales.

Selon certains auteurs, ces émissions naturelles pourraient être largement supérieures aux émissions d'origine humaine mais on n'a pas de chiffres précis et ils seraient très délicats à obtenir.

Il existe par ailleurs, des sources anthropiques de mercure. On pense aux gisements de mercure. Mais ce ne sont pas les seuls gisements contenant du mercure, ceux d'or et d'argent et certains gisements de sulfures métalliques, de plomb, de cuivre, de zinc et d'antimoine par exemple, en contiennent également à des teneurs de 0,5 à 9 ppm. Leur exploitation produit du mercure comme sous-produit. Mais l'exploitation minière n'est pas la source essentielle de la pollution :

  • Les sources ponctuelles sont liées soit à la combustion de matières soit à la fabrication industrielle :
    • La combustion des matières fossiles représenterait la moitié des pollutions anthropiques : le charbon (0,21 ppm) le pétrole (3,5 ppm), le gaz, le bois contiennent tous du mercure... sous forme gazeuse quand ils brûlent.
    • La deuxième source ponctuelle se trouve dans l'incinération des résidus, à l'échelle mondiale, elle représente plus de 30 % des rejets de mercure. L'incinération des ordures ménagères produirait les trois quarts des émissions si les usines ne sont pas munies de filtres adéquats, qui existent, et devraient être obligatoires et surtout contrôlés !
  • D'autres sources sont connues :
    • les cimenteries : le calcaire contient de 0,02 à 2,3 ppm de Hg,
    • l'industrie du chlore qui emploie le mercure dans l'électrolyse (voir chap. utilisations du mercure)
    • quelques sources diffuses : des thermomètres, des lampes, des rejets hospitaliers, rejets des cabinets dentaires, de certains laboratoires... les émissions aussi, diffusées à partir de matériaux contaminés : les briques des fours crématoires.

Pollution au mercure dans le monde

Pollution au mercure dans le monde.

En France, 40 t (ou 15 t suivant les auteurs, ceci semble montrer, non pas que les estimations sont fantaisistes mais qu'elles sont difficiles à faire) en 2000 : 85 % provenant de l'industrie, 9 % de l'énergie. Il s'agit d'émissions mesurées qui donnent une idée approximative, non exhaustive, des phénomènes.

Toxicité et formes du mercure

Le mercure est en fait, selon ses formes, tout à la fois inoffensif et extrêmement dangereux. Il peut se lier dans l'organisme aux molécules constituant la cellule vivante (acides nucléiques, protéines...) modifiant leur structure ou inhibant leurs activités biologiques, il peut aussi passer dans les graisses et y être stocké.

C'est la forme sous laquelle il se présente qui conditionne sa toxicité.

  • Dans sa forme métallique ou inorganique, le mercure peut exister sous trois états d'oxydation notés Hg(0) ; Hg(I) sels et complexes peu stables ; Hg(II) lié au soufre, à l'azote, à l'oxygène et aux halogènes.

  • Le mercure élémentaire, liquide, est pratiquement inoffensif : on peut y plonger les mains sans risque. Si par mégarde il est ingéré par voie orale, il est rapidement éliminé dans sa quasi-totalité par les voies naturelles. II faut cependant se méfier de ce métal liquide, car il est très volatil et peut être aisément respiré. À température ambiante, il se transforme aisément en vapeur et par inhalation pénètre dans les poumons puis dans le sang. II est alors transporté dans les différentes parties du corps, plus particulièrement dans le cerveau. La forme gazeuse est très nocive si elle est inhalée pendant de longues périodes.

  • Le mercure monovalent (Hg+1) et divalent (Hg+2) intervient dans la composition des sels mercureux et mercuriques. Le mercure divalent peut également exister sous forme ionique libre. Sous la forme ionisée, il peut pénétrer dans le corps par inhalation ou par voie cutanée et gagner le foie et les reins.
  • Les composés inorganiques du mercure ont pour cibles : le système nerveux central (forme métallique Hg(0) et les reins (Hg II).
  • Le mercure organique, organo-métallique ou organo-mercuriel avec des degrés d'oxydation (I) ou (II) est combiné au carbone par une liaison covalente très forte. Le poids atomique élevé du mercure favorise la formation de dérivés stables avec le radical méthyle CH3, pour former les dérivés mercuriels monométhylés et diméythylés. Les dérivés monométhylés sont produits par des bactéries dans les sédiments et les eaux douces et ils ont une grande affinité pour les protéines, notamment pour les enzymes cellulaires. Parmi les dérivés diméthylés produits par des bactéries dans les sols, on trouve le chlorure de méthyle mercure, soluble dans les graisses. Tous ces dérivés sont donc extrêmement toxiques car leur insolubilité leur permet de franchir aisément les barrières cellulaires et placentaires. Pour les composés organiques, la neurotoxicité est prédominante.
  • La bioaccumulation dans la chaîne trophique constitue le gros danger du mercure organique. Au fur et à mesure que l'on progresse dans la chaîne alimentaire, les concentrations de mercure augmentent. Cette bioaccumulation entraîne la bioamplification.
Bioaccumulation Hg. © Université de Picardie

Le méthylmercure possède un fort potentiel de bioaccumulation et, à partir d'un milieu peu pollué, on peut aboutir à des concentrations extrêmement toxiques. Le mercure absorbé par le plancton se concentre ensuite dans les poissonsOn pense que 5 % du mercure apporté annuellement dans la Méditerranée se retrouve dans les poissons (voir aussi Minamata, au Japon, ci-dessous). Ce phénomène se produit également pour d'autres molécules de synthèse tels les PCB ou le DDT et la plupart des métaux lourds tel le plomb (cf. le scandale de Noyelles-Godault).

  • La forme particulaire est un troisième type de présentation du mercure : des particules de matières organiques ou minérales, en suspension, peuvent servir de support au mercure ou à ses dérivés.
    Les échanges entre les différentes formes sont fréquents : la formation de composés organiques méthylés est facilitée par un pH acide et la présence de chlore et de soufre.

Le mercure dans notre environnement

Alors que le mercure sous forme de sulfure en absence d'air est stable, il n'en va pas de même dès qu'on remue les sédiments (draguage, curage-labourage, etc.) et ceci amène à considérer que la quantité de méthylmercure potentiellement libérable dans l'environnement est illimitée, et on « paie » encore de nos jours, mille ans après, en Lozère par exemple les pollutions du Moyen Âge.

Dans les sols, deux processus chimiques sont confrontés : une réduction entraîne un dégazage dans l'atmosphère ; au contraire la méthylation stabilise le mercure dans le sol.

Dans les eaux, le mercure est présent sous ses trois états de valence ; la distribution des diverses formes chimiques dépend du pH, du potentiel d'oxydoréduction et de l'abondance de matière organique, de l'abondance de chlore et de soufre, de l'exposition au soleil qui peut entraîner la destruction du méthylmercure et libérer Hg dans l'atmosphère.

La teneur des eaux douces est de 5 ng/litre dans les rivières et 10 à 20 ng/litre dans les lacs environ. Le monométhyle peut représenter jusqu'à 30 % du mercure total. Dans les eaux de mer, les teneurs s'étalent entre 2,5 et 20 ng/litre. Le mercure forme des complexes chlorés. Les produits diméthylés sont par contre ici beaucoup plus abondants. Le monométhyle reste inférieur à 5 %.

Les sédiments marins constituent des réservoirs de mercure extrêmement importants. L'accumulation de mercure résulte de la décantation des particules sur lesquelles le mercure a pu s'adsorber.

Catastrophes liées au mercure

Parmi les catastrophes liées au mercure, citons notamment :

  • Niigata (Japon) : pollution industrielle

  • Minamata, au Japon

  • Irak : consommation humaine de grains de céréales traités par des composés organiques du mercure.

  • Nord-Ouest ontarien, 1975 : une équipe médicale japonaise arrive pour étudier deux communautés Ojibwee dont plusieurs membres semblent atteints de la maladie de Minamata, causée par un empoisonnement au mercure. Il apparaît très vite que la Reed Paper Company, située à Dryden, déverse depuis 1962 des déchets de mercure dans la rivière Wabigoon. Or les populations autochtones de Grassy Narrows et Whitedog se nourrissent essentiellement de produits de la chasse et de la pêche. En consommant quotidiennement du poisson, ces communautés s'empoisonnent petit à petit. Voir aussi, à ce sujet, les archives de Radio-Canada.

  • Alger : Depuis près de vingt ans, du mercure contenu dans des bidons, une tonne et demie d'après certains, serait enfoui au fond du port d'Alger. Vrai ou faux ? Une seule chose est sûre dans cette histoire : en 1978, des dockers font tomber accidentellement des bidons de mercure dans les eaux du port d'Alger, à l'occasion d'une banale opération de transbordement. Les responsables chargent une entreprise d'aller récupérer ces bidons. Lourde tâche pour des plongeurs, le fond du port est recouvert de deux mètres de sédiments et les potiches s'enfoncent rapidement : chacune contient moins de deux litres de mercure mais pèse plus de vingt kilos ! Cinquante de ces potiches auraient été retrouvées en 1978.
Alger.

Mais, y en avait-il d'autres ? Combien ? Et où ? Là est tout le problème et on cite même le chiffre d'une tonne et demie de mercure.

L'information filtre peu jusqu'à ce que la Banque mondiale ait vent de l'affaire en 1990. Elle demande à l'EPAL de rechercher les bouteilles et l'EPAL soutient avoir lancé un appel d'offres pour récupérer les potiches ce que démentent plusieurs entreprises spécialisées. Mais quelques hommes-grenouilles ne suffiront pas à percer le mystère. Supposons que ces bouteilles soient bien là, quel risque pour le milieu marin et les hommes? Si le mercure venait à se libérer dans le milieu marin il finirait tôt ou tard par entrer dans la chaîne alimentaire après avoir été transformé en mercure organique par les bactéries des sédiments. La suite, on la connaît. On n'en est pas là.

La fonte de la neige polaire

Les pôles : (journal du CNRS, mai 2004) La neige ne paraît pas constituer un danger pour l'environnement. Mais, lorsque la neige polaire fond, elle libère les polluants qu'elle contient, qui viennent rejoindre la chaîne alimentaire et contaminent le milieu. Le mercure fait partie de ces toxiques. Pendant l'hiver, la neige qui se dépose au sol stocke le mercure provenant de l'atmosphère.

Glaces fondantes.

Aurélien Dommergue du LGGE2, sous la direction de Christophe Ferrari et Claude Boutron, a étudié le cycle de ce métal dans un manteau neigeux près d'un village inuit du Canada. Ces travaux révèlent deux faits importants : d'une part, jusqu'à 20 % du mercure stocké retournent à l'atmosphère grâce à l'action du rayonnement solaire au printemps ; d'autre part, les 80 % restants sont incorporés dans les eaux de fonte. Dans la région concernée, ce sont 400 à 700 kg de mercure qui se retrouvent en une semaine dans l'environnement.

Cette intrusion brusque et massive d'un polluant au printemps, pendant la reproduction, aurait des conséquences importantes sur les écosystèmes arctiques et les populations locales qui se nourrissent des produits de la mer.

Il y a bien d'autres cas recensés et tous ceux que l'on ne connaît pas encore.

La catastrophe de la baie de Minamata (Japon)

Minamata, au Japon, est devenu un cas d'école. Le cauchemar commence au milieu des années 50 dans la baie de Minamata, au Japon : des chats deviennent fous, des oiseaux se laissent tomber. 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, trois autres malades arrivent à l'hôpital de Minamata. Puis dix. Puis vingt. Troubles de l'équilibre, du langage, tremblements, délires... troubles nerveux incurables et déformations physiques chez les nourrissons. On croit d'abord à une épidémie.

Carte de Minamata, au Japon.

Puis les soupçons se portent sur Chisso, usine de produits chimiques, employeur principal de la ville.

En 1932, l'usine commence à produire de l'acétaldéhyde en utilisant du mercure comme catalyseur et rejette ses déchets dans la baie. En 1959, le docteur Hajime Hosokata, employé de la firme Chisso, met en évidence la cause du mal grâce à des expériences sur des chats. Ses employeurs le prient de garder le silence. Ce qu'il fit.

Dans le milieu du siècle, au Japon, l'individu avait peu d'importance et son bien-être en avait encore moins. On prônait l'industrialisation, l'expansion économique et la mondialisation. Celui qui osait penser à son bien-être avant le bien-être du pays était très mal vu. Et même si d'autres commissions d'enquête arrivent à la même conclusion l'usine continue à déverser ses déchets avec la bénédiction du maire, ex-directeur de la société et inventeur du procédé. On n'est décidément à l'abri de rien sur cette planète.

Dans les années 1960, le sédiment présente au fond de la baie des concentrations en mercure de 2.010 mg/kg. Durant les années qui suivirent, le mal s'amplifiant, les familles s'organisent. Symbole de leur lutte, Tomoko Uemura, née gravement estropiée participera aux manifestations dans les bras de sa mère et mourra à l'âge de 21 ans. En 1956 : 549 victimes, en 1965 : 119 victimes, au total 1200 morts. En 1975 seulement, il y aura encore 140 morts. Et ceci, 25 ans après la découverte de la maladie. Entre 1953 et 1960, 30 % des enfants naîtront arriérés mentaux...

La concentration de mercure dans les cheveux des personnes vivant près de la baie de Minamata en 1968 était en moyenne de 10,6 mg/kg pour les malades, 9,2 mg/kg (2,6 à 73,8) pour les pêcheurs et 8,1 mg/kg pour l'ensemble des habitants de la baie. La concentration maximale observée a été de 705 mg/kg. Ces valeurs ont diminué passant à 3,7 mg/kg en 1970. Mais en 1982, la concentration en méthylmercure était de 24,1 mg/kg chez les pêcheurs de Minamata comparée à 14,0 mg/kg chez les habitants de Tokyo.

Au total, entre 1932 et 1968, 81 t de Hg ont été rejetées dans la baie. En 1969, soit dix ans après la découverte de l'origine du mal, Chisso fut appelée au banc des accusés : sur son lit de mort, après treize années de silence, le docteur Hajime Hosokawa avait apporté les preuves qui manquaient aux plaignants. Débute alors un interminable feuilleton judiciaire entre des petites gens et un puissant industriel soutenu par le gouvernement japonais.

En 1996, quarante ans après l'apparition de la maladie, 37 ans après la mise en évidence de la culpabilité de la firme, les victimes obtiennent enfin réparation.

Cette catastrophe a révélé un aspect de neurotoxicité très insidieux, et la tranquillité des eaux de la baie de Minamata favorisait la stagnation des sels de mercure et la méthylation de ce mercure par des bactéries marines.

La Commission européenne veut réduire de façon énergique les rejets de mercure dans l'atmosphère, qui seraient à l'origine de pollutions importantes notamment dans les mers froides. En effet, le hareng, impropre à la consommation, est interdit d'exportation et bientôt aussi de consommation locale. Les magazines de vulgarisation scientifique (La Recherche, décembre 2004) mettent sous le feu des projecteurs les fameuses « pluies de mercure » du printemps arctique. La découverte de la capacité de la neige à stocker le mercure et à le libérer, en fondant, dans les sols et les rivières, inquiète les chercheurs et les pouvoirs publics car il est, de ce fait, de plus en plus abondant dans la chaîne alimentaire de certains écosystèmes. Les pouvoirs publics rendent obligatoire le recyclage du mercure. Tous les signaux aujourd'hui sont clairs : la Commission va frapper, fort, et maintenant ...

Orpaillage et mercure en Guyane française

Depuis quelques années, la question du mercure et sa liaison avec l'exploitation aurifère font l'objet en Guyane d'une attention particulière tant de la part des médias que des pouvoirs publics. La santé publique y devient un problème. Pour bien comprendre il faut d'abord considérer certains préalables :

  • un contexte géologique et économique : la présence d'or en Guyane et son exploitation ;
  • une propriété chimique : celle du mercure métallique à amalgamer l'or fin ;
  • une réaction biochimique : celle du milieu naturel qui transforme le mercure métallique en méthylmercure ;
  • enfin, les sols tropicaux amazoniens, très âgés, ont naturellement accumulé le mercure à des doses très supérieures à celles des sols des régions tempérées. Ce point est crucial car, si les mauvaises pratiques dans l'orpaillage contribuent à des rejets anthropiques supplémentaires de mercure métallique sous forme liquide ou gazeuse, la présence de mercure naturel est avérée et représente 95 % du total, remis en « service » par les attaques du sédiment au jet sous pression !

L'orpaillage a, dans les années 1980, connu un renouveau, amplifié par la mécanisation. Ce nouveau cycle est significatif depuis la dernière décennie avec deux conséquences :

  • Cet artisanat mécanisé a un impact sur le milieu bien plus élevé que par le passé et de ce fait les argiles remaniées libèrent les poches de mercure ancien ; d'autre part, nombreuses sont encore les exploitations illégales ; les procédés de prévention ne font pas partie du cahier des charges de ces orpailleurs qui visent des gains rapides et n'utilisent que très peu la distillation pour séparer l'or du mercure. Le risque ne s'arrête pas aux chantiers mais concerne les comptoirs d'achat et les bijouteries où l'or fait l'objet d'affinements successifs de l'or sans que les conditions de préventions des risques soient remplies.
  • Mais c'est surtout le lessivage des sols par les eaux de pluie et les jets d'eau à haute pression qui entraîne la mise en suspension de matière et la libération du mercure contenu. Processus d'érosion amplifié par les déboisements. Les sols inondés libèrent une grande quantité de mercure. De plus les retenues d'eau fonctionnent comme de véritables réacteurs biochimiques capables de produire du méthylmercure. Les populations rurales de Guyane dépendent encore largement, pour leur apport protéinique, d'une économie de subsistance dans laquelle la pêche est plus sûre que la chasse. Dans la même logique, les déboisements dus à l'agriculture sur brûlis ne peuvent être interdits au risque de générer une pénurie alimentaire.

Global Mercury Project

L'Organisation des Nations unies pour le Développement industriel coordonne depuis 2003 un projet international sur l'évaluation de l'impact du mercure utilisé par l'orpaillage dans les pays en voie de développement et sur l'introduction de technologies alternatives. Les pays pilotes sont le Brésil, le Soudan, le Zimbabwe, la Tanzanie, le Laos et l'Indonésie. Le BRGM, le BGS (UK) et le CETEM (Brésil) coordonnent les études menées dans ces six pays pilotes. On trouvera davantage d'informations sur le site www.globalmercury.org