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COMMISSION PER EURO*AlSCHEN QEMEINSCHAFTEN COMMISSION DES c o mu u n a u t Es e u r o p Ee n n e s UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AOENCT 13 INTERNATIONAL SYMPOSIUM Environmental health aspects of lead Die gesundheltllchen Aspekte der Umweltverschmutzung durch Biel Les probldmes sanitaires pos6s par Id plomb present dans I'environnement TRANSPORT HJ PLOMB DAMS L'EHTIRQHHEMBICT SWANT J. Laboratoire de Physique des Aerosols et Echanges AtmosphSriques University Paul Sabatier TOULOUSE, FRANCE Amsterdam, October Z - 6, 1972 N40700 RESUME On mesure en France au cours des dernlSres annees, la teneur en plomb de 11 air atmosphSrique prSs du sol, des eaux de precipitation , des eaux de surface et des vSgStaux (bois). On frtablIt le bilan de la retombde de plomb sur la France (11 stations) de novembre 1971 & juln 1972. II est ga1 i 0,66.10 9g/m-o1is pour une pluvloslte de 83 mm/mols -1 / Dans la region Midi-Pyrenees, on discute 1'orlgine naturelle du plomb dans les eaux fluvlales (Garonne, Ariege, Hers) ; la teneur moyenne de mars 1971 a juln 1972 est comprise entre 6,7 a 10,4.10" g L"* pour la phase soluble. On dresse un bilan des apports et des pertes de plomb par unite de surface d'un sol. SUMMARY In France, during the last few years, the lead concen tration Is measured in air, In rain water, in surface water and in trees (wood). From november 1971 to June 1972, the mean concentra tion of lead In rain water is equal at 14,5 g L."*, the fall q _i out over France is estimated at 0,66-10 g/mols In the Midi-Pyrfinfies region, the natural origin of lead in river water Is discussed (Garonne, Arlbge, Hers). From march 1971 to June 1972, the mean soluble concentration varies from 6,7 to 10,4.10' g L'*. The balance of gaims and losses of lead per unit of surface of the earth is drawn. DUP050057903 -1- *v Le pement de 1'Sre industrielle s1accompagne de la dispersion dans 1'environnement de matigres diverses avec le risque d'une distorslon gcologique a la surface du g1o^~ et d'une Incidence sur la santg humalne. Les mgtaux a 1'tat de traces en sent un example et parrai ceux-cl le plomb paralt tre particuliferement important. Son rejet dans 1'atmosphere sous forme de fins aerosols entralne sa dispersion I des distances considerables de son point d'emission. MUROZUMI et al. (1969) 1'ont dose dans les neiges du Groenland et de 1'Antarctique, et, ont relie 1'intenSlte du dep6t a celle de 1 'activite humalne. PATTERSON (1965) a indique aussi que la teneur moyenne en plomb dVun individu amerlcaln etait cent fois supirieure a celle qu'elle serait dans le milieu nature 1. Cette analyse discutee sur les consequences sur la sante huma1ne,(TRUFFERT, 1972) a permis cependant de mettre en lumiere les prOblfemes ggochimlques 4 resoudre pour rendre compte du cycle d'un element dans 1'atmosphere, 1'hydrosphere et la bissphere. Dans la presente communication, on se propose d'analyser en France, loin des centres de poll-lion, dans quelle mesure 1'augmentation de la concentration en plomb de 1'air atmospherique et des eaux de precipitation rend compte d'une augmentation de celle des eaux de surface. Selen TATSUMOTO et PATTERSON (1963) dans 1'hemisphere nord cette teneur seralt passfie de 0. 5.10" (au.cours du pleistocSneja 5.1G"gL _1(de nos jours).On mesune aussi les variations naturelles de la teneur en plomb des vgggtaux an cours des 60 dernigres anndes et de celles de quelques ichanti1 ions vieux de plusieurs siecles (lOe au 16e sidcle). 1. ATMOSPHERE : AIR PRES PU SOL Les resultats obtenus dans dlffgrents sites sont donnes dans le tableau I. Les teneurs dans les sites urbains, de 1'ordre de 10 "6 gm-3 sont comparables a celles donnges pour Paris.(TRUFFERT, 1972), et supgrieures de deux ordres de grandeur a celles des autres s1tes. En supposant que la teneur en plomb des agrosol $ atmos- phgrlques est 50 ppm, comparable a celle des argiles de la rggion du Sud-Ouest et des poussiSres sahariennes 57 ppm (351.10"3g rgcoltg sur un champ de neige des Pyrgnges en fgvrier 1972), la DUP050057904 -2 Site urbaln Site marin . region parislenne (Gif-sur-Yvette) . region toulousalne (Toulouse) . Bretagne (Roscoff) Date Teneur ! (10""g m"3) Juin 1968 Janv.Sept.68 1,4 0,01 - 1,0 Juin 1965 AoQt 1965 Septembre 1966 0,02 0,06 0,02 Site . Suisse Jul1 let 1967 montagneux (Jungefraujo ch,3 5 0Om) Septembre 1967 0,03 0,02 Site de campagne region toulousalne (30 km Toulouse, direction Est) Avril-Juin 71 0,02 - 0,05 TABLEAU I s Concentration en plomb de 1'air atmosph6rique, prls du sol, dans diffdrents sites (moyennes mensuelles).' teneur naturelle de l'alr est de 1'ordre de 5.10 -10 g m -3 (10.10~6g m"3. 50 ppm) soit 100 fois infdrieure i celle qui existe actuel1ement dans des sites 61oign6s des zones urbaines ou industrielles. II. EAUX DESPRECIPITATIONS Le niveau en plomb des eaux de pluie recueillies entre novembre 1971 et juin 1972 est donne dans le tableau II. Les points de preilvements sont situ6s en dehors des agglomerations et i plus de 20 mitres d'une route oQ la clrculation journal lire est inflrleure a quelques dizaines de voitures. Les valeurs observles d'une station a une autre sont comprises entre 7,2.10 ^gL"^ a.Moulis et 31 2JCT^ gL"^ a Saclay * exceptles cel 1 es de Noyelles-Godault qui atteignent 4350.10 gL . Ces fortes valeurs semblent Indiquer des sources locales Impor tances , en particulier, 11 autoroute Faris-Lille est sltule a 2 kilometres environ a 1 'Ouest et des industries diverses sont implantles dans la region. Dans cette station, le depot en 1'absence de precipitations humides, appeie depot sec, peut itre Important. Ainsi a Toulouse, a 4 kilometres du centre de la ville, DUP050057905 -3- 1971 Nov. 1 234567 16,5 48,3 19,4 18.2 7,5 16,3 1 8 9 10 11 32,4 21,5 15,4 1971 Dec. 7,5 8,5 2,1 8,0 24,7 15,2 1972 Janv. 5,5 50,2 5,7 10,4 8,5 45,5 8,7 1972 Fev, 5,1 2250 ;12,1 8,5 8,5 17,5 17,3: 10 ,0 6,5 1972 Mars 15,2 2250 38,5 12,0 10,2 22,5 11,5 7.5 5,7 1972 Ayr 11 4350 6,1 5,5 23,4 12,2 13,1 27,6 12,2 1972 Mai 32,6 1950 19,3 12,0 10,5 10,3 10,0 30,1 35,0 8,4 4.3 Teneur 10`V"1 13,7 1806 14,2 9,6 10,9 21,1 10,2 31,2 28,2 13,3 7 .2 Teneur moyenne 10'V1 14,5 TABLEAU II : Concentration en plomb des eaux de pluie. 1. Masllves (Loire et Cher, 250 h) 2. Noyelles-Godault (Nord, 5200 h) 3. Rostrenen (COtes du Nord, 2950 h) 4. Rouvres la Chitlve (Vosges, 423h) 5. MoulIs (Arlfige, 1013 h) 6. Vleux-Boucdu (Landes, 1500 h) 7. Mil 1 au (Aveyron, 23442 hj 8. Saclay (Essonne, 570 h) 9. Fontenay-le-VIconte (Essonne, 326 h) 10. Toulouse, (Haute-Garonne, 400000 h) 11. Rosans (Hautes-Alpes, 370 h). 'dans 1'enceinte du pare de I'Universite Paul Sabatier, la fraction de plomb fixie sur les parols du pluviomStre, probablement la dip6t sec, est Sgale A 70% de la quantity dissoute dans IVeau de pluie. On peut supposer que ce phlnomane est d'autant mol ns im portant que 1'air pres du sol est moins riche en plomb. Pour une pluvioslte de 1000 mm, la valeur moyenne 14,5.10'6g L"1 correspond I une retombfie sur la France de DUP050057906 -4- 8,0.10an gdepb. En 1970* la consomniatlon des essences, 16,7.1Q9L et 0,64 g(Pb) L"1, condulsalt & une Injection de 10,7.10 g de Pb dans 1'atmosphere ou 8,0.10 g en tenant compte de la fixation de 25 % du plomb dans les moteurs et tuyaux d'Achappement des vAhlcules. Cette valeur est Identlque A celle donnAe par 1'ana lyse des eaux de plule, mais Avldemment la concordance parfalte est fortulte, De mAme que la teneur de 1 'air prAs du sol, la teneur des eaux de precipitation dolt Atre supArieure de deux ordres de grandeur A celle qul a prAvalu avant 1'Are industrlelle. III. EAUX 01 SURFACE La teneur en plomb soluble des eaux de surface a Ate mesurAe depuls mars 1971, tableau IM. Cours dVeau Garonne AriSge Hers Adours Seine Lol re Cosson Lieu, date et nombre de prAlAvements Teneur (10"6 g L_l) Moyenne Maximum Minimum (4 km amont Toulouse(23) 10,4 5.5 22,0 [ 1971-1972 (25) 7,8 3.5 17,5 Castanet, 71-72 (27) 6,7 1,6 14,1 Alre/s/Adour, 71-72 (7) 8,3 Paris, 1971 (1) 7,5 12 km amont Biols, 71 5,5 (2) Chambord, 1971, (2) 14,5 Lacs Cammazes MoulIs Soustons Plnsolles Cammazes, 1971, (2) Moulis, 1972, (1) Vieux-Boucau, 1972 (2) Vieux-Boucau, 1972,(1) 18,5 3,2 24,5 12,0 TABLEAU III. - Teneur en plomb soluble des eaux de surface du mols de mars 1971 au mots de juln 1972 (Les lacs sont situAs dans la rAglon Midi-PyrAnAes). DUP050057907 -5- -6 -! La teneur des eaux de surface varle entre 1,6 et 24,540 gL Celle des cours d'eau de la rg1on Mldi-PyrSndes (Garonne, AriSge, Hers) est comprise en moyenne entre 6,7 et 10^4406gL-1 et pourralt s'expllquer par 1'apport atmosphdrlque 13,9J0gL"* dans cette region. En fait, 1e plomb soluble contenu dans les eaux de plule est retenu fortement par la couche superflclelle des sols. Une colonne de terre d'un volume Sgal S 5,5 cm (L llcm,S=o,5 cm.) retient i 90X le plomb soluble d1 une solution de Pb (NO^Jg versSe lentement sur cette colonne, la quantity de plomb de 1 a solution variant de 114 & 125640g, Ce dernier chiffre correspond 4 la retombfie totale de plomb pendant 2000 ans au rythme actuel. En outre, ce plomb soluble des eaux fluvlales est accompagne d'une fraction Insoluble trfis riche en plomb que 1'on trouve aussl en agltant de la terre arable dans de l'eau d61on1s6e, tableau IV. Cours d'eau : Folds de ma-, Teneur en Pb Garonne, Arlfige tlSre (10-3^.-l) (ppm) Hers ( )Nbre preiev. Soluble Insol. Soluble Insol. Moyenne (6) 174 36 43 183 Teneur en Pg (10-6 gt-1) Soluble Insol. 7,5 6,6 Terre arable Surface - 20cm ()Nbre echantil. Moyenne (3) 300 284 558 488 127 155 . TABLEAU IV : Teneur en plomb, region MIdi-Pyr&nSes, des frac tions solubles (e <0,45 v) et Insoluble des eaux fluvlales superficialles et des solutlons de terre de surface (100 g de terre, 1000 cc d'eau, agitation 16h, decantation 2 jours). L'experience de laboratolre montre que la fraction de plomb soluble est accompagnee d'une fraction insoluble quivalente portbe par les partlcules les pi us fines des mlneraux arglleux. Cette fraction Insoluble est 20 fols plus rlche en plomb que 1es sols et sa presence est Indenlable dans les trols cours d'eau que nous avons analyses. MARTIN et al. (1970) notent des teneurs comparables en Pb, 113, 381 et 105 ppm dans 1 a DUP050057908 6- - matllre en suspension dans du MSkong, du Congo at de 1 'Amazone, fleuves peu polluls ft priori. II apparaft done trfts probable, dans une region oQ par allleurs 1'Industrie chlmlque est peu dlveloppfte que le plomb present dans les eaux de surface est en majeure partle d'orlglne nature!le, IV. VEGETAUX La teneur en plomb d'fechantllIons de bols, d'ftges rlcents prllevls par 1'auteur et de bols vleux de plusieurs slides sont donnls dans le tableau V. ' CQl Saule V<inr0O3 HCOP3 Pin CQ o>`r-t -*citn* u Platane Orme in CorO- Saule Chine Noyer *iOrn-- tQicn-)~Es(oOz coot. <C02o: Nature non Identifies Age (ans) 0-5 15 - 20 30 - 35 45 - 50 60 - 63 0-5 15 - 20 25 - 30 35 - 40 45 - 50 55 - 60 63 - 67 0-3 13e slide lOe slide 16e slide 13e slide 13e slide Teneur (10"6 g'1) 0.47 1 0,57 0,81 ,1.0 1.6 1,8 0,71 1 1.1 2,2 0,63 S * V 1.2 4.1 0,85 J 0,18 '1 0,58 1 0,42 >0,50 0,58 0,73 .1 < 0,07 0,24 0,73 14,3 0,22 TABLEAU V : Teneur en plomb de bols sec (polds des IchantllIons 10 ft 30 grammes). DUP050057909 -7- L*ensemble des rsultats pour 1es bols rdcents montre qu'll n'y a apparemment pas d'enrlchlssement notable ces toutes dernlSres annies. La teneur moyenne est 1,1 ppm. On remarque que pour un arbre donn (saule ou pin), la teneur en plomb est variable d1un facteur 6 au cours d'une pgrlode de sol Xante ans. Le bols forme dans les anndes 1900 est parfols plus riche que le bols de I'annAe 1970. On mesure ainsi 1'Importance des variations dues & des causes naturelles. La comparalson S des echantllIons historiques est deli cate puisqu'on observe pour des bols anciens des teneurs ou trfes falbles < 0,07 ppm ou trls fortes 14 ppm. Dans ce dernier cas, S'11 y a contamination, nous avons virlfie qu'elle n'etalt pas en surface mals au sein memo de la masse dp 1'echantllIon. V. BILAN DE LA CIRCULATION DU PLOMB (region Midi-Pyrenees). L'ensemble des donnees mentlonnees aux paragraphes pre cedents permet de dresser un bllan pour 1'annee 1971-1972. Pluie Vegetaux (0,16L-13,7ygL~l) (0,12g-l,lppm) FIGURE : Bilan annuel (19711972) des apports et pertes de plomb d'une colonne de sol, d'une surface gale i 1 cmc. (Unite s 10'6 g an'1). La teneur des eaux fluvlales tlent compte de la partle insoluble des eaux de surface. Cette partle riche en Pb paraTt done fine et tr&s probablement perdue pour les continents et gagne par les oceans. Les vigdtaux sont conslderes etre du bols et la valeur de production, 0,12 gcm"2an"^, est tiree de BOWEN (1966). Ce bllan fait apparaltre que : DUP050057910 -8 - 1'apport atmosphdrique dqui11 bre la perte par les eaux fluviales. Cette perte, par exemple, correspond 8 1'dpuisement du plomb d'une colonne de 30 centimetres de hauteur (50g-26,8ppm) en mllie ans ; - 1`apport atmosphdrique est dix fois supdrieur a la quantitd fixde par les vdgdtaux. SI le plomb d'origine atmosphdrique se depose sur le sol, le risque de pollution des vdgdtaux est faible puisque les racines plangent dans un milieu riche en plomb. Par contre, s111 est fixd directement sur les parties adriennes des plantes, le risque est plus important et pour un ddpflt total, mais c'est la une hypothese peu probable, la teneur moyenne de 1,1 ppm serait portae a 11 ppm.'Ce phdnomene a ltd constate auprSs des autoroutes, BOVAY (1970). CONCLUSION Au-dessus de la France, loin des centres urbains, la teneur en plomb de I'air pres du sol et des eaux de precipitation est supdrieure d'un facteur 100 a la teneur naturelle. La frac tion eiiminde par les pluies est vraisemblablement fixde par les sols. Ce ddpSt augmentera lentement, 1 %, par an, la teneur de la couche superficielle des sols (0-30 ans). La contamination des vegetaux se feralt done preferen tial 1ement par vole adrienne et pourrait atteindre un facteur 10. Le depot sur la vegetation par vole adrienne est par ailleurs pratlquement et thdoriquement difficile 4 dyaluer. Dans la region midi-pyrdndes, une quantltd de plomb sensiblement dquivalente au depot atmosphdrlque est transportde par les fleuves mais ce plomb seralt d'origine naturelle. Ce transport fluvial vers les grands fonds oedaniques est cependant 30 fois supdrieur 8 ce qu'il fOt au cours du pleistocene dans 1'hemisphere nord. Ainsi, le probldme se pose de savolr si ce phdnomdne est 11mltd au plomb, ou s'dtend 8 d'autres mdtaux traces ou 8 1'ensemble des dldments et quel les en sont les causes profondes. Les travaux remarquables de PATTERSON lalssent supposer que ce changement intdresse 1'ensemble de 1 'hemisphere nord. DUP050057911 -9- WOTE : Les echantllions d'eau da plule sont recuell11s dans des pluviomStres en matiere plastlque pour 6viter les contami nations de mStaux. Les determinations de plomb sont effectufies par colorlmetrle a la dlthltone sulvant les recommendations de CHARLOT (1966) et GILBERT (1964). Blanc - 0,25.1(T6g (Pb), precision : 0,3.10'6g(Pb). Les echantllions d'eau (1 litre) sont evapores en 16 heures par reflux, contamination $ 0,8.10"g(Pb). Les echantllions de matiere organlque (bols) sont cal cines lentement a 450C, par bond de 100C par jour,avant tout tra1tement chimique. REMERCIEMENTS : je tiena A remercier Monsieur le Profeeaeur FONTAN pour aea oonaeils at l*aide teohnique qua 3 'ai trouviadans aon laboratoira au Centre de Physique Atomique de Toulouse, la MAtiorologie Rationale et MM. POITRAT et AURIOL, ahefe de station A Rostrenen e t Mill a u * le Commissariat & I'Energie Atomique et M. MONET au Centre dfEtudes NuelAaires de Saelay ; M, ANDRIEOX du Laboratoire souterraint CNRS & Moulie j Mme LEBOUTET du Centre de reoherohes arehiologiquea mAdiAvalea de l *UniveraitA da Caen et Madame DELAPART qui a effeatuA le travail de ekimie analytique. DUP050057912 BIBLIOGRAPHIC BOVAY E., 1970 "Les depots de Plomb sur la vegetation le long des autoroutes" "Essai d'affouragement de vaches laitlfires avec du foin soul lie par le plomb" Mitt. Lebensmitt. Hyg., 61, 303-321. BOWEN H.J.M., 1966 "Trace elements in Biochemistry" Ac. Press Inc. (London) CHARLOT G., 1966 "Les methodes de la chimie analytique" 5e Ed. Masson et Cie (Paris) Mesures effectives par CROZAT G., 1969 "Contribution i 1'etude de la repartition verticale des elements radioactifs & vie longe dans 1'atmosphere" These de specialite n 819, Toulouse GILBERT, T.W., 1964 in "Treatise on Analytical chemistry" I.M. KOLTHOFF and P.d. ELVING (Eds) - Inters. Pu., New York, II ,Vol.6, 69-175 MARTIN, J.M., KULBICKI G, and DE GROOT A.J. , 1970 "Terrigenous supply of radioactive and stable elements" Int. Symp. on Hydro, and Bio. 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