Influence de la taille des particules sur la bioaccessibilité gastro-intestinale et pulmonaire des métaux lourds dans des sols contaminés à l'arséniate de cuivre chromaté (ACC)

L'intensification des activités anthropiques, ainsi que l'action de processus naturels comme l'érosion, sont responsables de la contamination des sols et de l'eau par des métaux lourds. Ces éléments sont toxiques et les risques associés à la santé humaine dépendent de leur concentration, de leur spéciation, de leur bioaccessibilité et de la durée d'exposition. L'As, le Cu et le Cr sont les éléments clés de ce projet, puisque les sols étudiés ont été échantillonnés aux alentours de poteaux de bois traités avec de l'arséniate de cuivre chromaté (ACC). L'usage de cet agent de préservation a été interdit pour des applications résidentielles en 2003 après que des recherches scientifiques ont montré qu'avec le temps, ces constituants sont lixiviés, ce qui entraine une contamination de l'eau et des sols situés à proximité des structures en bois traité. Malgré cette interdiction, plusieurs structures telles que des poteaux de câbles électriques ou de télécommunications, des tables de pique-nique et des aires de jeux pour les enfants traités avec de l'ACC sont toujours en place. Sachant que les particules de sols contaminés peuvent être ingérées et inhalées accidentellement, ce projet vise à quantifier les concentrations de contaminants dans les sols et les fractions solubilisées en milieux gastro-intestinal et pulmonaire. Cette fraction solubilisée dans des fluides biologiques est aussi appelée fraction bioaccessible. Les particules de sols les plus fines, de diamètre < 20 μm, sont facilement mises en suspension dans l'air et inhalées. La taille des grains qui adhèrent aux mains et qui seront potentiellement ingérés n'est pas bien établie, pourtant, la majorité des évaluations de risque en cas d'ingestion prennent en compte les particules de sol de diamètre < 250 μm. Dix échantillons de sol adjacents à des poteaux électriques traités à l'ACC ont été échantillonnés et tamisés en quatre fractions (< 2 mm, 250-90 μm, 90-20 μm et < 20 μm). Les teneurs en métaux et métalloïdes (As, Cu, Cr, Pb, Zn) et les propriétés physico-chimiques ont été déterminées dans chaque fraction. Des tests de bioaccessibilité orale en utilisant la méthode In Vitro Gastro-intestinale (IVG) ont été réalisés sur les fractions 250-90 μm et 90-20 μm afin d'évaluer l'impact des différentes tailles de particules lors des évaluations de risque suite à l'ingestion de sols contaminés. Des tests de bioaccessibilité par inhalation ont également été effectués avec les particules de sol de taille < 20 μm en employant deux fluides pulmonaires synthétiques: le fluide lysosomal artificiel (ALF) et la solution de Gamble (GS). Les résultats obtenus indiquent que la concentration totale en métaux augmente avec la réduction de la taille des particules. La bioaccessibilité orale de l'As (%) a augmenté avec la hausse de la taille des particules dans 9 des 10 sols (p < 0,05) (250-90 μm : 31.7 ± 8,5 %; 90-20 μm : 22.9 ± 5,4 %), mais la bioaccessibilité orale de l'As exprimée en mg/kg était similaire pour les deux tailles de particules. Des cinq métaux analysés, le cuivre a présenté le pourcentage de bioaccessibilité le plus élevé dans les solutions ALF (77,8 ± 5,2 %) et IVG (250-90 μm : 49,8 ± 6,4 %; 90-20 μm : 49,0 ± 8,4 %). La bioaccessibilité orale du Cr (% et mg/kg) a augmenté lors de la réduction de la taille des particules (p < 0,05), bien que les valeurs soient assez faibles (250-90 μm : 2,5 ± 3,7 %; 90-20 μm : 9,5 ± 9,0 %). Pour le Pb, la bioaccessibilité orale était variable, mais plus élevée que pour le Cr (250-90 μm : 15,1 ± 13,9 %; 90-20 μm : 19,1 ± 18,3 %). La bioaccessibilité du Zn par voie orale était relativement faible et très variable (250-90 μm : 6,7 ± 7,3 %; 90-20 μm : 8,9 ± 8,8 %). Globalement, la bioaccessibilité (%) orale des métaux décroit dans l'ordre : Cu > As > Pb > Zn > Cr. La bioaccessibilité (%) dans les fluides pulmonaires décroit dans l'ordre : Cu > Zn > As> Pb ≈ Cr avec le fluide ALF, et As > Cu en utilisant la solution GS. Pour tous les éléments, la bioaccessibilité par inhalation (%) avec l'ALF était supérieure à la bioaccessibilité orale. Cependant, la solubilité des métaux dans GS présentait les valeurs les plus faibles. La teneur en matière organique (COT) et la capacité d'échange cationique (CEC) jouent un rôle important sur la rétention des métaux, étant donné que dans la fraction 90-20 μm, ces propriétés ont été corrélées négativement avec la bioaccessibilité orale de l'As (mg/kg) (COT : r2 > 0,64, p < 0,05 et CEC : r2 > 0,61, p < 0,05), du Cu (%) (COT : r2 > 0,80, p < 0,005 et CEC : r2 > 0,67, p < 0,005) et du Pb (%) (COT : r2 > 0,40, p < 0,05 et CEC : r2> 0,41, p < 0,05). Cependant, l'impact de ces propriétés sur la bioaccessibilité des particules de taille > 90 μm n'est pas significatif. Les travaux menés dans le cadre de ce projet ont atteint les objectifs initiaux et ont permis une meilleure compréhension de la solubilité de métaux et metalloïdes dans des fluides artificiels digestifs et pulmonaires. Par rapport à l'influence des paramètres physico-chimiques des sols, les essais ont démontré que la présence de matière organique a pour effet réduire la bioaccessibilité des métaux sur les particules plus fines (< 90 μm), principalement pour le Cu. La présente étude suggère que la taille de particules utilisée lors de l'évaluation de risques par ingestion accidentelle de sol contaminé à l'ACC peut influencer le risque estimé. Des cinq métaux et metalloïdes étudiés, le pourcentage d'As bioaccessible a été le plus influencé par la taille de particules, et étant donné qu'il s'agit de l'élément le plus dangereux, l'évaluation des risques doit être effectuée avec précaution.