Matières premières critiques en tant que contaminants environnementaux émergents potentiels, leurs modes de distribution, leurs risques et leur comportement dans les sols des plaines inondables contaminés par des métaux lourds

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 9597 (2023) Citer cet article

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La demande croissante de nouvelles matières premières critiques peut conduire à leur rejet accru dans l’environnement sous la forme de contaminants environnementaux émergents (CEE). Cependant, il n'y a jamais eu d'étude complète prenant en compte la teneur totale en CEE, la teneur de diverses fractions de CEE, leur comportement dans les sols des plaines inondables et les risques potentiels pour l'environnement et la santé humaine. L'occurrence, les fractions et les facteurs d'influence des sept CEE (Li, Be, Sr, Ba, V, B, Se) provenant de l'exploitation minière historique dans les sols des plaines inondables de divers écosystèmes (terres arables, prairies, zones riveraines, sites contaminés) ont été enquêté. Sur la base de l'évaluation des niveaux globaux de CEE (éléments potentiellement toxiques) par rapport aux valeurs guides pour le sol fixées par la législation européenne pour Be, Ba, V, B et Se, il a été constaté que seul Be ne dépassait pas les limites recommandées. . Parmi les éléments analysés, Li avait le facteur de contamination (CF) moyen le plus élevé de 5,8, suivi de Ba avec 1,5 et B avec 1,4. La découverte d'un risque potentiel grave pour la santé associé à l'exposition au Li pour les enfants, comme l'indiquent les quotients de risque allant de 0,128 à 1,478, a été particulièrement préoccupante. À l'exception de Be et Se, la répartition des CEE en différentes fractions a révélé que les CEE sont principalement liées à la fraction résiduelle. Be (13,8 %) avait le pourcentage le plus élevé de fraction échangeable comme la plus biodisponible dans la première couche de sol, suivi de Sr (10,9 %), Se (10,2 %), Ba (10,0 %) et B (2,9 %). Les corrélations les plus fréquemment observées concernaient les fractions CEE et le pH/KCl, suivies par le carbone organique du sol et les oxydes hydratés de manganèse. Les analyses de variance ont confirmé l'impact des différents écosystèmes sur le contenu total et les fractions de la CEE.

À l’échelle mondiale, la demande de nouvelles matières premières critiques (MRC) augmente très rapidement. La liste UE 2020 contient 30 matériaux, dont le lithium, le béryllium, le strontium, le vanadium, la baryte (sulfate de baryum) et les borates (minéraux naturels contenant du bore)1. Le sélénium a été identifié comme un matériau critique lors de l'évaluation de 20112. Cette importance et cette demande mondiales croissantes pour les CRM peuvent conduire à une augmentation indésirable de leur rejet dans l’environnement. Par conséquent, bon nombre de ces MRC ont également attiré l’attention de la communauté scientifique en tant que contaminants environnementaux émergents (CEE). La contamination environnementale de ces éléments peut être liée à leur utilisation intensive, par exemple le Li dans les téléphones portables et les médicaments stabilisateurs de l'humeur3 ; Être dans l'électronique, les télécommunications, le nucléaire et l'industrie4 ; les composés de baryum sont utilisés comme charges ou additifs dans les produits industriels ; le vanadium est utilisé comme additif dans les alliages d'acier et de titane et comme catalyseur pour les produits chimiques ; les borates sont des ingrédients importants dans une variété de produits ménagers et commerciaux. À ce jour, la recherche n’a pas réussi à fournir une image claire de la façon dont la production accrue de MRC sous forme de CEE affecte négativement tous les compartiments de l’environnement3. Il existe une grande variété de CEE inorganiques et organiques5.

Le rejet de CEE inorganiques industriels dans l'environnement peut également être lié aux activités minières qui sont principalement responsables du rejet de contaminants environnementaux traditionnels (TEC). Les CEE qui n'étaient pas reconnues auparavant ou qui attiraient moins d'attention n'exercent pas de toxicité aiguë mais exercent leurs effets de manière plus cachée6. De plus, une utilisation et une élimination accrues des MRC peuvent contribuer à une exposition accrue des CEE. L'eau potable et les plantes constituent souvent la principale voie d'exposition de nombreuses CEE à la chaîne alimentaire7. Les deux dépendent du comportement des CEE dans le sol qui peut être totalement différent des TEC6. Il y a un manque d’informations sur les schémas de répartition et le comportement de nombreux CEE dans le sol. Les zones propices à cette recherche sont celles dans lesquelles les activités minières passées ont laissé des empreintes environnementales négatives liées à la contamination des sols par des métaux lourds. Les accessoires en métaux lourds peuvent simplement être des CEE ayant des propriétés chimiques différentes. À cet égard, une attention particulière devrait être accordée aux sols des plaines inondables. Dans les plaines inondables, la contamination peut provenir de sources géogéniques et anthropiques. De plus, les systèmes de drainage et les débits d’eau peuvent contribuer au transport et à la propagation de la contamination. En outre, la contamination peut avoir des effets négatifs, même sur des écosystèmes alluviaux naturels et artificiels rares et éloignés, avec un éventuel impact négatif sur la santé humaine.