Les caractéristiques physiques du plomb

Caractéristiques	Formules
Coefficient de dilatation linéique à 25 °C	α = 29 × 10−6 K− 1
Masse volumique du plomb à l’état solide	ρ = 11 343,7/(1 + 0,000 029 ⋅ t)3 ; avec ρ en kg/m3 et t en °C
Corrélation pour la viscosité dynamique du plomb liquide	μ = 5,645 2 × 10− 9 ⋅ t2 – 9,564 25 × 10−6 ⋅ t + 0,005236 ; avec μ en kg/(m⋅s) et t en °C ; applicable entre 330 et 850 °C
Corrélation pour la valeur de Cp du plomb à l’état solide	Cp = 0,1139 + 4,6444 × 10−5 ⋅ (t + 273,15) ; avec Cp en kJ/(kg⋅K) et t en °C ; applicable entre 0 et 300 °C
Corrélation pour la conductivité thermique du plomb liquide	λ = 3,866 67 × 10− 6 ⋅ t2 – 0,081 933 ⋅ t + 18,594 ; avec λ en W/(m⋅K) et t en °C ; applicable entre 330 et 850 °C
Corrélation pour la valeur de Cp du plomb liquide	Cp = 0,1565 – 0,01066 ⋅ (t + 273,15) ; avec Cp en kJ/(kg⋅K) et t en °C ; applicable entre 330 et 1 000 °C
Corrélation pour la masse volumique du plomb liquide	ρ = 10 710 – 1,39 ⋅ (t — 327,46) ; avec ρ en kg/m3 et t en °C ; applicable entre 330 et 1 000 °C

Exploration de la métallurgie du plomb

Transformation du minerai de plomb : du sulfure à l’oxyde

Au sein de l’usine de traitement, le minerai subit une première étape de « grillage » afin de convertir le sulfure en oxyde de Pb. Ce processus élimine le soufre sous forme de dioxyde de soufre gazeux (SO₂). Ce composé est ensuite transformé pour produire de l’acide sulfurique. Puis, le minerai grillé est mélangé à du coke. On introduit le tout dans un four dans lequel on insuffle de l’air depuis la base. L’oxygène de l’air entre alors en réaction avec le coke pour produire du monoxyde de carbone (CO). Celui-ci réduit l’oxyde de l’élément 82, permettant ainsi la formation de plomb métallique liquide ainsi que de dioxyde de carbone (CO₂).

Deux éléments s’écoulent depuis la base du four. D’un côté, on obtient du Pb liquide. De l’autre côté, on a de la scorie. Celle-ci est mise à la décharge après avoir été granulée avec de l’eau.

L’élément 82 collecté à cette étape est connu sous le nom de « plomb d’œuvre ». Il contient encore des impuretés qui doivent être éliminées (argent, cuivre, bismuth, l’arsenic, l’antimoine, etc.). Le raffinage du Pb à l’état liquide s’effectue dans des cuves et fait intervenir un processus de refroidissement. Il nécessite l’ajout de différents réactifs tels que l’oxygène, le soufre et le zinc (pour capturer les molécules d’argent).

Processus d’affinage

Le plomb affiné est connu sous le nom de « plomb doux ». Il est versé et solidifié dans des moules à lingots avant d’être stocké dans des entrepôts ou expédié aux consommateurs. Des éléments peuvent être incorporés avant la coulée finale. En proportions précises, ils renforcent la résistance du plomb. Cet ajout permet de créer des alliages (arsenic, calcium, antimoine, etc.).

Dans certaines fonderies, en plus d’utiliser des concentrés miniers, on fait appel à des matières premières provenant du recyclage des batteries. On emploie aussi des sous-produits issus d’autres procédés industriels comme le sulfate de plomb.

Le plomb en tant que contaminant métallurgique

Malgré son utilisation répandue dans les peintures antirouilles sous la forme de minium de Pb, l’élément 82 peut devenir un « contaminant métallurgique » dans certaines situations. Cet usage du plomb suscite des problèmes dont les raisons demeurent mal comprises. Dans l’industrie nucléaire, il contribue à la dissolution, à l’oxydation et à la fragilisation des aciers qui entrent en contact avec ses alliages. Il est notamment prisé en raison de sa forte opacité aux rayonnements.

Le plomb : un métal polyvalent aux multiples utilisations

Le plomb trouve une multitude d’applications dans de nombreux domaines. On l’emploie :

Dans la plomberie

Pendant l’empire romain, ce métal était largement employé pour sa résistance à la corrosion en milieu acide, que ce soit dans l’air ou dans le sol. De plus, son point de fusion bas le rendait facile à travailler pour les artisans. De ce fait, on s’en servait pour les canalisations d’eau potable et l’évacuation des eaux pluviales.

Dans le revêtement anticorrosion

Ce métal a trouvé une large application dans la tuyauterie et le cuvelage. Il entrait dans la production d’acide sulfurique. En effet, le plomb résiste à cet acide en formant une couche protectrice et insoluble de sulfate de plomb. Jusqu’aux années soixante-dix, le minium Pb₃O₄, un oxyde rouge du Pb, était utilisé comme un revêtement protecteur contre la corrosion.

Dans les accumulateurs électriques

De nos jours, l’utilisation de ce métal dans les batteries est répandue. Il figure parmi les composants essentiels des accumulateurs électriques. Ces batteries représentent une part considérable de la demande en plomb. Elles sont responsables de façon prédominante de l’augmentation des prix de ce métal. Son recyclage devient alors une activité rentable. Tel est le cas dans des pays tels que l’Afrique et la Chine où le parc automobile connaît une croissance exponentielle.

En 2004, l’industrie automobile et l’industrie en général étaient les plus grands utilisateurs de Pb à cause des batteries au plomb. Cet usage représentait 72 % de la consommation mondiale (53 % pour l’automobile et 19 % pour l’industrie). Les alliages pour soudures, les tuyaux, les feuilles, les munitions et autres représentent 16 %. La fabrication de pigments et autres composés chimiques comptent pour 12 % de la consommation globale.

Dans la protection contre les radiations

Le Pb est utilisé comme matériau de sécurisation contre les radiations, que ce soit dans du caoutchouc, du verre ou sous forme de plaques métalliques. Sa densité élevée et ses propriétés absorbantes offrent une protection en atténuant les rayons X et les rayons gamma. À une énergie de 100 keV, une épaisseur d’un millimètre de ce métal peut réduire la dose de rayonnement d’un facteur 1 000. Le domaine de la radioprotection fait également usage d’autres alliages à bas point de fusion. On peut citer l’alliage de Newton composé de 50 % de bismuth, 30 % d’étain et 20 % de plomb.

En physique des particules, la radioactivité naturelle du ²¹⁰Pb est trop élevée. Dans certaines applications, il est possible d’exploiter les matériaux de blindage provenant de vieux lingots de plomb. On retrouve ces derniers dans les toits d’églises anciennes ou dans des épaves qui remontent à plusieurs siècles, voire plusieurs millénaires.

Dans le fusible

Le plomb a longtemps joué un rôle essentiel dans la production de fusibles du fait de ses propriétés électriques avantageuses. Il se distingue notamment par sa résistance électrique élevée, environ dix fois supérieure à celle du cuivre. Sa basse température de fusion en fait un métal très prisé dans le secteur de l’électricité.

De nos jours, le terme « plomb » est encore couramment employé pour désigner les fusibles. Cette utilisation a donné lieu à des expressions populaires telles que « faire sauter les plombs ».

Dans le domaine de l’imprimerie

L’alliage de ce métal avec de l’étain et de l’antimoine a été employé dans la fabrication des caractères mobiles d’imprimerie. Ce mélange spécifique est connu sous le nom de « plomb typographique ».

Dans le domaine de la sidérurgie

L’utilisation de bains au Pb, également connus sous le nom de « patentage », a été mise en place depuis la fin des années quarante. Cette technique a permis de tréfiler des fils d’acier à des diamètres de plus en plus grands sans les rompre. Ils sont passés de 7 à 8 mm de diamètre grâce à la réduction du coefficient de frottement dans la filière.

Ce processus de tréfilage conduit à un écrouissage de l’acier, permettant d’obtenir des alliages à haute limite élastique. Ces derniers présentent ainsi des propriétés mécaniques améliorées. Ils servent principalement à la fabrication de câbles de hauban et d’armatures de précontrainte.

En tant qu’antidétonant dans l’essence

En 1920, General Motors a introduit l’utilisation du plomb tétraéthyle comme additif antidétonant dans l’essence, malgré les risques sanitaires qui y sont associés. Cet additif a été commercialisé sous le nom d’Ethyl, pour éviter de faire référence à l’élément 82. Aux États-Unis, l’usage du Pb dans l’essence a été interdit dans les années quatre-vingt. Cette restriction a été suivie par l’Europe en 1999 et par la France en 2000.

Dans les munitions

Depuis de nombreuses années, le plomb est utilisé massivement dans la fabrication de munitions de guerre ou de chasse (grenaille). Il demeure l’un des éléments toxiques les plus préoccupants. Associé à l’arsenic et à l’antimoine, il participe activement à la pollution générée par ces balles. À l’heure actuelle, des sites sont encore contaminés par des plombs de chasse. On remarque particulièrement ce phénomène aux abords des anciennes installations connues sous le nom de « tours à plomb ». Ces structures s’inspirent du principe de la tour d’impesanteur. Elles étaient destinées à la production industrielle de grenaille de Pb servant à charger les munitions. Ces cartouches sont réservées à la chasse ou aux activités de ball-trap.

Dans les récepteurs radio

Au début du XX^e siècle, on exploitait le cristal de galène comme semi-conducteur primitif dans les diodes Schottky des premiers récepteurs radio. Dans les temps anciens, ce minéral naturel composé de sulfure de plomb (PbS) était employé comme pigment noir. Il constituait un ingrédient phare dans la préparation du khôl et du blanc de céruse.

Dans le domaine de l’optique

L’incorporation d’oxyde de Pb dans le verre améliore l’éclat de ce dernier. Cette avancée a conduit à l’émergence du cristal vénitien et du verre flint, des matériaux largement manipulés dans le domaine de l’optique.

L’usage combiné du verre flint et du verre crown dans les multiplicateurs de focale permet de remédier à l’aberration chromatique. On s’en sert notamment dans la lentille de Barlow.

Dans la fabrication de céramique

Le plomb a été couramment retrouvé dans les glaçures de poterie. Cet usage est justifié par son éclat et par la capacité de ses silicates à fondre à des températures relativement basses. Toutefois, cette pratique est souvent source de saturnisme, une forme d’intoxication au plomb qui peut poser des problèmes de santé.

Dans les cosmétiques

Durant l’Égypte antique, on confectionnait les fards appliqués autour des yeux avec du plomb. Le blanc de céruse (pigment synthétique de couleur blanc opaque à base de Pb) servait de maquillage et le minium, de pigment rouge.

Dans le domaine de la peinture

On réalisait des peintures sur divers supports avec le blanc de céruse et le minium (teinte rouge). On appliquait ces derniers sur des murs, des meubles, des tableaux, des jouets, etc.

En tant que réfrigérant à haute température

Le plomb, seul ou associé avec d’autres éléments, peut servir de réfrigérant à haute température. D’ailleurs, son association avec le bismuth (Bi) réduit considérablement sa température de fusion, facilitant ainsi l’exploitation de la boucle fluide. À titre d’indication, l’alliage contenant 44,5 % de Pb et 55,5 % de Bi se liquéfie à 125 °C et bout à 1 670 °C.

On propose et étudie l’usage du Pb, seul ou en combinaison avec le Bi, comme fluide caloporteur et réfrigérant dans les réacteurs nucléaires rapides à caloporteur de plomb. Cette approche est basée principalement sur ses propriétés eutectiques.

En tant que métal ductile

Depuis l’Antiquité, le plomb a été beaucoup utilisé sous sa forme métallique grâce à sa ductilité et à sa malléabilité. On le retrouve dans une variété d’objets tels que la vaisselle, les gouttières et les plaques de toiture. Il est également employé dans l’art de la plomberie pour créer des sculptures et des cuvelages. De plus, on y a recours pour sceller des éléments en fer forgé dans la pierre tels que les balustrades. On manipule aussi ce métal dans la fabrication de vitraux. La production annuelle de ce secteur d’activité est estimée à environ 100 t en France.

La majeure partie du plomb entrant dans la production de nouveaux produits est récupérée et recyclée à partir de sources déjà existantes. Celle récupérée à partir des batteries de plomb constitue l’un des métaux les plus recyclés à l’échelle mondiale. Son taux de récupération atteint près de 100 % en Europe et en Amérique du Nord.

L’imprégnation toxique sur le fœtus

La principale préoccupation concerne l’exposition pendant la période périnatale, soit les 1 000 premiers jours du fœtus après la conception. Un « volet périnatal » est compris dans le programme national de biosurveillance en France. En 2018, une nouvelle évaluation de l’imprégnation des femmes enceintes par le plomb est ainsi publiée. Celle-ci inclut également l’étude pour quelques polluants organiques ainsi que pour douze autres métaux ou métalloïdes.

Dans cette étude, 1 968 échantillons de sang du cordon ombilical ont été prélevés sur des femmes qui venaient d’accoucher. Elles faisaient partie de la « Cohorte Elfe ». Ce groupe était exclusivement composé de femmes ayant accouché en France en 2011, à l’exception des territoires d’outre-mer et de la Corse.

D’après les résultats, la moyenne géométrique du plomb dans le sang de cordon était de 8,30 µg/l. Une légère diminution par rapport aux précédentes études menées en France et à l’étranger est ainsi constatée. Dans les années quatre-vingt-dix, l’essence plombée a été interdite, ce qui explique cette évolution positive dans les résultats. Néanmoins, dans 1 % des cas, la concentration dépassait les 50 µg/l. Une corrélation a été établie entre une plombémie élevée du cordon et certains facteurs comme la consommation importante de coquillages et crustacés, de légumes, de pain, d’eau du robinet, d’alcool et de tabac. Le pays de naissance de la mère a également été identifié comme ayant une influence aggravante dans certains cas. En revanche, les mères ayant consommé davantage de produits laitiers pendant la grossesse présentaient des niveaux de plombémie plus bas dans le cordon.

Un danger accru pour les enfants, les femmes et les personnes âgées

L’eau, l’air et les aliments constituent les principales voies de transport du plomb dans l’environnement. L’inhalation, que ce soit sous forme de poussière ou de vapeur, ainsi que l’ingestion de cet élément ou de certains de ses composés suivis de leur assimilation par l’organisme présente un risque d’intoxication. De plus, une exposition à ce métal peut se produire par passage percutané. Les groupes les plus vulnérables face à l’intoxication à cet élément sont les enfants, les femmes enceintes et les personnes âgées.

Les enfants

Les enfants sont particulièrement vulnérables à l’intoxication au Pb. En effet, leur organisme a une capacité d’absorption comparativement plus élevée que celle des adultes. En effet, leur squelette ainsi que leur système nerveux sont encore en formation et en constant développement. De plus, leur absorption digestive est trois fois supérieure à celle des adultes.

Il est à relever que l’intoxication chez l’enfant n’est accompagnée d’aucune manifestation extérieure. Les effets indésirables se révèlent pendant la scolarisation : l’anémie, la perte auditive, la diminution du quotient intellectuel, les problèmes rénaux, les troubles du comportement… Les enfants qui jouent au sol et qui sont en contact fréquent avec des poussières, des écailles de peinture ou des objets contenant du Pb courent un risque accru d’intoxication au plomb. Leur habitude à porter leurs doigts ou des objets à la bouche les expose à la contamination par des microparticules de l’élément 82. Cela est d’autant plus vrai lorsqu’ils avalent, sucent ou manipulent des objets créés ou peints à partir de ce métal. Par ailleurs, les enfants se font parfois les dents sur les rebords de châssis de fenêtre, lesquels peuvent avoir été peints au plomb.

Les femmes enceintes et les personnes âgées

L’embryon et le fœtus sont vulnérables aux effets nocifs du plomb, le placenta ne représente pas une protection suffisante. Même de faibles doses d’exposition pendant la période fœtale peuvent avoir des conséquences graves à long terme telles que des retards mentaux significatifs.

L’efficacité de l’organisme à éliminer l’élément 82 diminue au fur et à mesure que les individus vieillissent. Ce cas est particulièrement notable chez les personnes âgées. De plus, chez celles souffrant d’ostéoporose, le plomb précédemment stocké quitte les os et pénètre dans le sang. Par conséquent, il recontamine l’organisme via la circulation sanguine.

Reprotoxicité

Diverses campagnes d’observation de la population dans sa globalité ont démontré un autre effet de l’exposition au plomb sur la fertilité masculine. En effet, elle provoque une dégradation générale de la production moyenne de spermatozoïdes et a un impact sur la motilité du sperme.

En 2003, une étude européenne conclut qu’une contamination au Pb inférieure à environ 450 µg par litre de sang ne devrait pas entraîner de difficulté inhabituelle à concevoir un enfant. Au-delà de ce seuil, il existe une corrélation linéaire entre l’exposition au plomb et le délai nécessaire pour parvenir à une conception.

Concrètement, l’élément 82 altère la forme du spermatozoïde. Il affecte de même la condensation de la chromatine de son noyau, ce qui peut être dû à une compétition avec le zinc. Ce dernier est en effet essentiel pour la compaction de l’ADN qui est assurée par les protamines riches en cystéine. Cela entraîne alors une diminution de la fertilité du sperme et une possible détérioration de son ADN.

En outre, l’exposition au plomb peut induire une peroxydation lipidique, un processus qui affecte la libération de malondialdéhyde dans le liquide séminal. Cette substance est capable à son tour d’altérer la motilité des spermatozoïdes. Toutefois, cette problématique n’est pas prise en compte dans les tableaux de maladies professionnelles en France.

Une enquête SUMER (Surveillance médicale des expositions des salariés aux risques professionnels) révèle qu’une exposition continue à cet élément chimique a toujours lieu chez de nombreux travailleurs, notamment dans le secteur de la construction. La proportion d’employés qui y sont exposés est de 2 %, ce qui équivaut à environ 25 000 individus, avec une prédominance de 85 % d’hommes. Bien que 82 % des cas présentent des intoxications mineures, il convient de souligner que le Pb reste toxique pour les spermatozoïdes, même à faible dose.

Les mesures sur la tolérance au plomb

Autrefois, des valeurs de tolérance au Pb ont été fixées. Toutefois, elles n’ont plus lieu d’être, car cet élément est effectivement toxique, quelles que soient les quantités. Il n’existe dès lors aucune valeur particulière, surtout pour les trois catégories de personnes précédemment mentionnées. Malgré cela, les toxicologues font encore référence à différentes mesures telles que :

• la « Dose limite annuelle » (DLA),
• la « Dose hebdomadaire tolérable provisoire » (DHTP),
• la « Dose hebdomadaire tolérable » (DHT),
• la « Dose journalière tolérable » (DJT), 
• la « Dose journalière admissible » (DJA).

La norme dans l’alimentation

Auparavant, en France (avant 2006), la DHT pour l’élément 82 dans l’alimentation était temporairement fixée à 1 500 µg par semaine. Dans le cadre de l’Union européenne, des limites maximales de plomb (exprimées en mg/kg) ont été établies sur les poids frais de viandes. Celles-ci sont de 1,5 pour les mollusques bivalves, 1 pour les céphalopodes, 0,5 pour les crustacés et 0,3 pour la chair de poisson.

Depuis 2006, l’Organisation mondiale de la Santé (OMS) a réduit la DHT pour le Pb à 25 µg/kg de poids, ce qui équivaut à une DJT de 3,6 µg/kg pc/j. Cela implique que même le plus minuscule plomb de pêche disponible sur le marché renferme une quantité considérable de métal toxique. Cette présence est constatée lorsque ce métal est ingéré sous une forme bioassimilable.

La norme dans l’eau potable

En France, la limite réglementaire pour la concentration de Pb dans l’eau potable était de 50 µg/l jusqu’en décembre 2003. Elle a ensuite été réduite à 25 µg/l, puis à 10 µg/l en décembre 2013.

Au Canada, cette limite est de 10 µg/l depuis 2001. La concentration maximale acceptable (CMA) pour le plomb total dans l’eau potable est de 5 µg/l. Elle est calculée dans un échantillon d’eau recueilli au robinet suivant un protocole spécifique au type de bâtiment. Afin de maintenir les concentrations dans l’eau potable aussi basse que possible, toutes les mesures nécessaires doivent être prises dans la limite de ce qui est raisonnablement atteignable. Il s’agit là du principe ALARA, qui signifie en anglais « As Low As Reasonably Achievable ».

La norme dans le domaine de la santé

Aux États-Unis, la Consumer Product Safety Commission (CPSC) a établi une norme pour l’assimilation de plomb. Une visite de contrôle est ainsi requise à partir de 175 mg/j.

Révision de la DHTP pour l’élément 82 : constatations et recommandations de l’OMS

En 2011, le Comité de l’OMS (Organisation mondiale de la Santé) chargé de la révision de la DHTP de 25 μg/kg de poids corporel précédemment établie par lui-même constate que ce seuil est devenu caduc. Cette conclusion a été tirée suite à l’analyse des effets dose-réponse du plomb dans l’alimentation.

En effet, ce seuil était clairement associé à une augmentation de la pression artérielle systolique d’environ 3 mmHg (0,4 kPa) chez les adultes. De plus, il était lié à une diminution d’au moins trois points de QI chez les enfants. Ces changements sont significatifs lorsqu’on les considère comme des variations de la pression artérielle ou dans la distribution du QI au sein d’une population. Par conséquent, le Comité a conclu que la DHTP ne fournissait plus une protection adéquate pour la santé et a été retirée. Il recommande aussi une évaluation plus approfondie de l’exposition à d’autres sources de Pb en dehors de l’alimentation.

En 2010, selon les conclusions du Centre International de Recherche sur le Cancer (CIRC), il est établi qu’il existe des preuves solides indiquant que les composés de plomb inorganiques ont la capacité de causer le cancer. Celles-ci sont basées sur des recherches menées sur des animaux de laboratoire qui ont montré une augmentation significative des tumeurs cérébrales et rénales.

En revanche, les preuves de la cancérogénicité des composés organochlorés sont jugées insuffisantes. D’après les études sur l’inhibition de la réparation de l’ADN ou acide désoxyribonucléique ainsi que la génotoxicité, il semble que le mode d’action responsable de la cancérogénicité de cette substance ne soit pas directement lié à une réactivité avec l’ADN.

L’élément 82 dans les jouets : une tragédie révélatrice en 2006

La problématique de ce métal dans les jouets a été mise en lumière en 2006. Elle fait suite au tragique décès d’un enfant de quatre ans aux États-Unis causé par une intoxication à cet élément. L’autopsie a révélé la présence d’un pendentif en forme de cœur dans l’abdomen de l’enfant et que celui-ci contenait une concentration de plomb de 99,1 %.

Depuis lors, une prise de conscience s’est manifestée dans les pays développés. Des initiatives telles que l’association « Kids in Danger » aux États-Unis ont émergé. Des révisions législatives ont été entreprises au Québec et en France, entre autres. De nombreuses études et analyses ont  été réalisées. Elles ont révélé la présence de nouveaux composés nocifs dans les jouets (tels que l’arsenic et les phtalates), bien que les cas demeurent moins fréquents.

Depuis 2007, les cas de rappels massifs de jouets rapportés par les médias ont augmenté. Des géants de l’industrie tels que Mattel, dont plusieurs jouets ont été rappelés cette année-là, ont été confrontés à de graves problèmes liés à des jouets contaminés par du plomb. En conséquence, l’industrie du jouet a été particulièrement touchée en 2007, avec des pertes estimées à 22 000 000 $. Sur 81 jouets rappelés, la moitié concernait 6 000 000 de jouets comportant de la peinture à base de plomb dépassant les limites autorisées.

Par ailleurs, le problème est en partie dû au fait que de grandes entreprises comme Mattel externalisent leur production en Thaïlande et en Chine. La réglementation et le contrôle des produits finis y sont moins rigoureux. Le personnel et le budget manquent au sein de ces sociétés de production, sans parler du faible nombre de mesures de dépistage mises en place.

À noter que les enfants des pays en développement sont particulièrement touchés par un niveau élevé de Pb.

Dépistage du saturnisme

Le dépistage constitue la première étape pour prévenir l’intoxication au plomb. La plombémie est généralement évaluée à l’aide d’une méthode relativement simple et peu invasive. Chez un enfant, une seule petite piqûre au niveau du doigt est nécessaire afin de prélever un échantillon de sang. Le résultat est ensuite exprimé en microgrammes par litre (µg/L). Les plombémies observées chez les enfants se situent dans une fourchette allant de 5 à 1 400 parties par million (ppm).

Pour un adulte, une concentration sanguine de plomb est considérée comme étant dans les limites de la normale lorsqu’elle est inférieure à 0,4 ppm. Toutefois, la plomburie ou l’indice de la quantité de l’élément 82 excrétée dans l’urine doit être en dessous de 0,08 ppm.

Méthodes de mesure alternatives

D’autres méthodes de mesure sont disponibles, en particulier dans les pays en développement qui sont fortement touchés par le saturnisme. Une approche courante consiste à utiliser d’autres indicateurs biologiques humains différents du sang, ce dernier ne reflète en effet que l’intoxication récente.

Les ongles, les dents de lait et les cheveux accumulent l’élément sur une période plus longue. Les cheveux peuvent présenter une concentration de plomb jusqu’à 10 fois plus élevée que celle observée dans l’urine ou le sang. En outre, il est plus pratique d’échantillonner, de conserver et de transporter des phanères tels que les cheveux et les ongles, par rapport à des échantillons liquides susceptibles de se dégrader.

La procédure de l’analyse nécessite une transformation d’un solide en un liquide, généralement par dissolution dans un acide fort sous chauffage. Le but est de permettre la destruction de toute matière organique. Dans le cas des dents, l’émail est traité avec un mélange de HCL et de glycérol. L’analyse est habituellement réalisée par absorption atomique de flamme. L’usage d’échantillons certifiés (CRM) est l’un des éléments essentiels pour valider les méthodes employées.

Un sondage est préalablement réalisé pour identifier la source de l’exposition. Par exemple, au Kenya, il a été constaté qu’un enfant vivant dans une maison avec de la peinture présentait en moyenne une concentration sanguine de Pb de 30,2 ± 2,9 µg/g. Celle d’un enfant vivant dans une maison sans peinture est de 19,8 ± 0,9 µg/g.

La nécessité d’évaluer la teneur en plomb dans diverses matrices

D’autres types de matrices nécessitent également une évaluation précise de leur teneur en plomb. Parmi ces matrices, peuvent être cités :

• l’eau ;
• les bières ;
• le vin ;
• les fromages ;
• les fruits ;
• les légumes ;
• les jus de fruits ;
• les poissons ;
• les crustacés ;
• les viandes ;
• les champignons ;
• le lait ;
• etc.

En pratique, les analyses peuvent parfois être complexes. Elles impliquent des réactions de coprécipitation ou de dérivation afin de pouvoir travailler avec ce type de matrices.

Possibles innovations dans les méthodes d’analyse

Des innovations dans les méthodes d’analyse pourraient voir le jour, grâce à l’application de la spectrométrie de fluorescence des rayons X par exemple. Des dispositifs portables tels que des pistolets de fluorescence à rayons X offrent l’occasion d’effectuer un diagnostic initial sur le terrain. En pointant simplement le pistolet vers un jouet, il est possible d’obtenir une mesure instantanée de la présence de plomb à sa surface ou sous cette dernière. Toutefois, ces dispositifs restent coûteux, environ 30 000 $ pour un analyseur portable.

Par ailleurs, la recherche sur les animaux tels que les rats et les souris se poursuit afin d’approfondir notamment la compréhension de l’impact de la présence du Pb dans les jouets. L’objectif est d’évaluer de manière plus précise les conséquences sur le développement psychologique, le comportement et la physiologie des enfants.

Méthodes de traitement des eaux contaminées avec du plomb

Diverses méthodes ont été mises au point ou sont en cours de développement pour traiter les eaux contaminées. L’une d’entre elles est l’utilisation de membranes composées de matériaux spécifiques. Ces membranes, après une série de réactions avec le Pb en solution, sont capables de capturer entièrement cet élément en environ une heure.

Prévention et traitement

Désormais, les hôpitaux proposent aux parents des brochures informatives. Ces établissements encouragent ainsi les familles à effectuer des visites de dépistage du Pb. Ils mettent l’accent sur les résidents des zones présentant un risque élevé tels que les vieux bâtiments ou les zones à proximité d’usines.

Ces brochures fournissent également des explications sur les sources d’intoxication et les dangers associés, ainsi que des conseils pour y remédier. Elles recommandent une alimentation comprenant des aliments riches en fer (comme les haricots et les épinards) et en calcium (comme le fromage et le lait).

Si un enfant est intoxiqué, il est possible de réduire son taux de plomb dans le sang. Des méthodes telles que l’utilisation d’agents complexes comme l’EDTA ou les lavages gastriques peuvent être employées à cette fin. Cependant, ces techniques ne permettent pas d’éliminer tous les effets négatifs de cet élément dans l’organisme, mais seulement de diminuer sa présence.

Concentrations dans les sols : variations et données en France

L’élément 82 se trouve naturellement dans les sols. Cette présence est référencée sous l’expression « fond pédogéochimique naturel ». En général, les concentrations de ce métal dans les sols sont de quelques dizaines de milligrammes par kilogramme de sol environ.

Une analyse des données disponibles sur l’état des sols en France (Baize, 1994, 1997) révèle que le niveau de plomb dans 11 150 échantillons prélevés en surface des zones agricoles varie considérablement. Celle-ci indique une médiane de 25,6 mg/kg et une moyenne de 30,3 mg/kg. Les échantillons ont été collectés avant l’épandage de boues de station d’épuration.

Pour des sols non pollués, des valeurs situées entre 10 et 30 mg/kg sont données par le Bureau de recherches géologiques et minières ou BRGM dans un rapport public de synthèse. Le BRGM est une institution publique chargée de gérer les risques et les ressources du sol et du sous-sol  l’échelle locale, des apports historiques ont pu altérer les niveaux apparemment « naturels » de l’élément 82 dans le sol depuis la Rome antique. Ces apports sont associés soit à des conséquences de guerres ou d’activités industrielles, soit à l’utilisation d’arséniate de plomb comme insecticide.

Assimilation par la faune et la flore

Chez les champignons

Les champignons jouent un rôle crucial dans le cycle toxique du plomb. En effet, ils sont capables de capturer et de stocker efficacement cet élément, sans en mourir. Leur faculté à l’accumuler est si significative qu’ils pourraient être utilisés dans des processus de dépollution, connus sous le nom de fongoremédiation.

Chez les végétaux

L’élément 82 qui se présente sous forme de particules extrêmement fines dans un milieu acide ou acidifié accroît fortement la biodisponibilité de cet élément pour les végétaux. Le cas de la salade en est un exemple. En effet, lorsque l’élément 82 est présent dans le sol sous forme de particules PM2,5 au lieu de PM10, une augmentation de 20 % est constatée dans son transfert à partir du sol vers les racines et les feuilles de la plante.

Par ailleurs, l’activité rhizosphérique facilite la dissolution et le transfert du plomb vers les plantes. Ce phénomène est particulièrement prononcé dans les sols acides ou acidifiés.

Chez les invertébrés

De multiples invertébrés sont fortement affectés par la toxicité du Pb, en particulier ceux d’eau douce (à partir de 0,1 et GT 40 mg/l). Les invertébrés marins, quant à eux, ont une meilleure tolérance. Ils peuvent supporter des doses jusqu’à 20 fois plus élevées, bien que des effets toxiques se manifestent dès 2,5 et GT 500 mg/l.

Certains invertébrés ont développé des mécanismes d’adaptation ou une plus grande « tolérance » à l’élément 82 par rapport aux autres. Toutefois, les concentrations élevées de plomb peuvent entraver les adaptations des invertébrés aquatiques aux conditions hypoxiques.

Certains crustacés terrestres, notamment les cloportes, démontrent une résistance particulière à l’élément 82. En revanche, les nématodes voient leur capacité de reproduction perturbée lorsqu’ils se nourrissent de champignons ou de bactéries contaminés par l’élément 82.

Il est probable que les larves des insectes soient plus sensibles à ce métal que les spécimens adultes. Des observations ont montré que les chenilles, alimentées avec des nourritures contenant des sels de plomb, présentent des altérations dans leur développement. De plus, leur capacité de reproduction est affectée.

Chez les mammifères

Les mammifères, tout comme les êtres humains, sont généralement sujets aux mêmes conséquences lorsqu’ils sont exposés au Pb.

Chez les poissons

La toxicité du plomb chez les poissons varie en fonction des espèces. Les valeurs de CL50 96-h peuvent aller de 1 à 27 mg/l en eau douce et de 440 à 540 mg/l en eau dure ou salée. Les œufs et les jeunes poissons sont plus vulnérables à cet élément que les adultes. Des symptômes d’intoxication tels que des difformités spinales et un noircissement de la région caudale peuvent être observés.

En outre, la dose limite maximale acceptable de plomb inorganique varie de 0,04 à 0,198 mg/l selon les conditions spécifiques et les espèces. Les composés organiques de cet élément sont encore plus toxiques. La présence de calcium ou d’autres ions non toxiques en solution réduit néanmoins la toxicité aiguë du Pb.

Chez les amphibiens

Les œufs de crapauds et de grenouilles montrent une sensibilité à une teneur de plomb inférieure à 0,04 mg/l dans les eaux courantes et à 1 mg/l dans les eaux stagnantes. Ce niveau peut entraîner des retards d’incubation ou des arrêts de développement des œufs. Quant aux grenouilles adultes, elles sont affectées lorsque la concentration de Pb dans l’eau atteint 5 mg/l. L’ingestion de cet élément chimique par les amphibiens (à travers des vers de terre, des insectes contaminés, etc.) présente des effets toxiques observés à des concentrations de 10 mg/kg.

Chez les oiseaux

Les oiseaux peuvent subir une intoxication due à la présence de l’élément 82 dans leur alimentation à des concentrations d’environ 100 mg/kg. Des cailles exposées à une nourriture contenant 10 mg de Pb/kg présentent des troubles dans la production d’œufs. Cette observation se fait dès l’éclosion jusqu’à l’âge de la reproduction de ces oiseaux migrateurs.

Concernant les effets des composés organoplombiques, on a constaté que des composés trialkyllés peuvent affecter les étourneaux dès une dose quotidienne de 0,2 mg. Cependant, une dose de 2 mg/j est systématiquement fatale. L’ingestion de grenaille de plomb est extrêmement toxique pour tous les oiseaux et constitue une cause courante de saturnisme aviaire.

L’activité métallurgique de l’Antiquité impliquant la production d’argent et de plomb a libéré une quantité considérable de vapeur dans l’atmosphère. Des traces fossiles de cette pollution sont découvertes dans les tourbières des îles Féroé, d’Écosse et d’Espagne. On les retrouve également dans les couches annuelles de la calotte glaciaire du Groenland ainsi que dans les glaciers du mont Blanc.

L’analyse des dépôts de la calotte glaciaire du Groenland révèle d’ailleurs un niveau de détail « stupéfiant » selon Dennis Kehoe, historien du droit économique romain de l’Université de Tulane de La Nouvelle-Orléans.

En effet, les variations de ce plomb reflètent de manière précise les principaux événements historiques. Cela inclut notamment les guerres menées par Jules César. Elle met en évidence l’expansion, l’apogée et le déclin de l’économie romaine basée sur la monnaie d’argent appelée « denarius ». Cette pièce a été utilisée pour toutes les transactions ayant lieu pendant l’Empire romain.

Chaque fois qu’une pièce d’argent était coulée, elle entraînait une contamination de l’air par le plomb. Les mesures de cet élément dans la glace, qui étaient initialement effectuées environ tous les deux ans, sont maintenant réalisées presque chaque mois. Cela offre une précision bien supérieure à celle obtenue dans les tourbières.

Les recherches menées par Andrew Wilson et Joe McConnell

Une récente étude a permis de mesurer le plomb avec une fréquence de 12 mesures par couche annuelle. Elle a été réalisée sur une épaisseur d’environ 400 m de glace du Groenland, formée entre 1 100 av. J.-C. et 800 apr. J.-C. Cette recherche a été menée en 2018 par Andrew Wilson, archéologue de l’Université d’Oxford.

En éliminant et en estimant la quantité de plomb naturel d’origine volcanique, une chronologie exceptionnellement précise a été établie, révélant près de 1 900 ans de pollution romaine. Le niveau de pollution était à son apogée lors du premier siècle de notre ère, pendant l’apogée de l’Empire romain. Il était alors six fois celui du XI^e siècle av. J.-C. Cependant, après la grande épidémie de peste antonine en 165 de notre ère, le niveau de pollution a rapidement retrouvé celui d’avant l’ère romaine. Cela a duré environ un demi-siècle.

Durant l’ère romaine, l’activité minière en Espagne, célèbre pour son exploitation du plomb-argent et du mercure, laisse également des traces dans la glace. Les modèles de circulation atmosphérique suggèrent que cette forme de pollution, atteignant jusqu’à un microgramme de Pb par mètre carré, trouve essentiellement son origine dans l’ouest de l’Empire romain, c’est-à-dire en Europe occidentale et septentrionale.

Joe McConnell, chercheur au Desert Research Institute de Reno, Nevada, et co-auteur principal de l’étude, révèle par ailleurs l’ampleur de la pollution enregistrée à cette époque. Il souligne toutefois que la quantité de plomb accumulée au Groenland dans les années quatre-vingt était 50 fois supérieure.

L’analyse dévoile également quelques disparités entre les périodes de forte pollution au Pb et la production connue de pièces d’argent. Cela suggère l’existence d’un stock spéculatif d’argent en vue d’une future fabrication de monnaie ou d’autres pics de fusion de Pb, sans doute à des fins militaires.

Les traces de l’élément 82 en France

Laurence Lestel, Directeur de recherche au Centre national de la recherche scientifique (CNRS) révèle en 2002 qu’une quantité estimée à environ 13 millions de tonnes de Pb a été introduite dans l’environnement français depuis le début du XIX^e siècle. De ce total, à peu près un tiers a été introduit avant 1914, un peu moins d’un quart pendant l’entre-deux-guerres et la période de la Seconde Guerre mondiale (1918-1945). Le reste est relatif à l’après-guerre malgré des efforts déployés depuis les années soixante-dix pour réduire certains usages.

Le plomb s’est répandu dans tous les aspects de l’environnement humain, contaminant diverses sources telles que les canalisations, les peintures, etc. De plus, il est présent sous forme de déchets dispersés dans l’eau, l’air et le sol, provenant notamment de plombs de pêche, de chasse, de ball-trap et de tir sportif. Afin de prévoir les répercussions de la pollution par ce métal sur l’écosystème, il faut explorer à la fois l’histoire environnementale et l’évolution des techniques employées.

Dans les années soixante-dix, le taux de l’élément 82 dans les glaces du pôle Nord a connu une augmentation d’environ 20 fois. Cette hausse était causée par la pollution atmosphérique due à ce métal dans l’hémisphère nord, principalement attribuable à son utilisation dans l’essence.

Les études de l’INRA et des universités régionales

En France, l’INRA (Institut national de la recherche agronomique) et les universités régionales ont mené des recherches à la fin des années quatre-vingt-dix et au début des années 2000. Celles-ci ont révélé une accumulation d’environ 45 000 t de Pb au fond pédogéochimique naturel des sols forestiers et agricoles de la région Nord–Pas-de-Calais. Une partie a également été lessivée et a atteint les océans.

Certaines études minimisent la détection de l’élément 82 dans le sol, car elles se basent sur des échantillons de sol ou de vase soigneusement filtrés. La présence potentielle de munitions ou de fragments de plomb est ainsi ignorée.

De plus, ce métal peut agir en synergie avec d’autres éléments-traces métalliques, qu’ils soient toxiques ou non. Cette interaction s’étend également aux autres polluants organiques ou acides. Or, dans cette même région, un taux élevé de cuivre, de cadmium, de mercure, de sélénium et de plomb est actuellement observé dans les couches récemment cultivées. Ceux-ci sont de 84 à 225 % plus élevés que dans les sols sous-jacents qui étaient auparavant considérés comme peu ou pas pollués.

La dispersion à travers le monde

En 2005, en Espagne, les pêcheurs étaient responsables de la perte d’environ 100 t d’agrès en Pb chaque année dans l’environnement. De plus, approximativement 200 millions de cartouches étaient tirées annuellement par à peu près 1,5 million de chasseurs et pratiquants de tir/ball-traps. Cela ajoute plus ou moins 6 000 t de plomb chaque année dans les zones sèches et humides. Ce métal ainsi éparpillé est responsable de l’intoxication mortelle de plusieurs millions d’oiseaux chaque année. Lors de leurs activités, les pêcheurs canadiens perdent à peu près 500 t de Pb. Aux États-Unis, environ trois millions de tonnes de ce métal ont été dispersées au cours du XX^e siècle, avec 60 000 t/an au début du XX^e siècle.

Il arrive que les œufs de poule provenant de petites fermes et plus encore de poulaillers urbains ou domestiques contiennent des doses inquiétantes de plomb. Aux États-Unis, des analyses ont révélé des concentrations allant de moins de 0,05 µg/g (limite de détection) à 0,97 µg/g à l’intérieur de 24 œufs pondus par 10 poules. Ces volailles vivaient dans un poulailler domestique situé près d’un mur dont la peinture contient l’élément 82. Une concentration de 1,8 µg/g a été détectée dans les coquilles des œufs.

Au fil du temps, l’humanité a persisté dans l’extraction croissante de plomb à partir de minerais, le libérant ainsi sous diverses formes dans la biosphère. Plusieurs sources ont contribué de manière significative aux apports de cet élément chimique dans l’environnement depuis l’avènement de la révolution industrielle. Celles-ci comprennent la pollution générée par les véhicules et les industries, les guerres ainsi que l’utilisation de munitions et agrès contenant ce métal.

Les réglementations concernant le plomb

Les exigences réglementaires autour du plomb diffèrent d’un pays à l’autre et évoluent au fil du temps. Au sein de l’Union européenne, ce métal a progressivement été proscrit pour diverses utilisations, incluant les tuyaux d’adduction d’eau, les contenants alimentaires et les peintures. Il doit être détecté parmi plusieurs polluants prioritaires dans l’eau potable, l’air et les aliments dans lesquels il ne doit pas dépasser des limites spécifiques.

Le 1^er juillet 2006, la Directive RoHS restreint l’utilisation du plomb dans certains produits commercialisés en Europe, limitant sa présence à 0,1 % du poids du matériau homogène. Une liste de restrictions permet de poser un seuil supérieur à cette valeur pour certaines catégories de matériaux. À souligner que cette directive pourrait être élargie pour couvrir d’autres produits et substances toxiques.

En France, l’usage de grenailles de plomb est interdit dans certaines cartouches de chasse. Cette restriction s’applique uniquement lors de la chasse dans les zones humides, principalement pour la chasse au gibier d’eau. Ce métal demeure autorisé pour les diabolos, les balles et les cartouches employées en dehors des zones humides, ainsi que dans l’azoture de plomb. En effet, ce dernier peut servir de substitut au fulminate de mercure dans l’amorce des balles ou des cartouches.

Depuis le 17 juin 2015, il a été établi qu’un seuil réglementaire de 50 µg de Pb par litre de sang est utilisé pour évaluer la présence de cet élément chez les enfants. Si ce niveau est dépassé, cela indique une intoxication au plomb.

Pour l’air, il a été fixé une limite de qualité moyenne annuelle de 0,25 µg/m³ et une valeur limite de 0,5 µg/m³. Depuis le 25 décembre 2013, un seuil de qualité spécifique à la consommation humaine a été défini pour l’eau potable, fixé à 10 µg/l.

En outre, le taux de plomb des poussières au sol, par unité de surface, ne doit pas excéder 1 000 µg/m² à la fin des travaux. Ces dispositions sont explicitées par l’arrêté du 12 mai 2009 concernant le contrôle des travaux en présence de ce métal.

Suite à l’incendie de la cathédrale Notre-Dame de Paris, l’Agence Régionale de Santé (ARS) a établi une limite de 5 000 µg/m². Cette agence a défini un « seuil d’intervention rapide » pour les crèches et les écoles accueillant des enfants de moins de sept ans. Celui-ci est fixé à 70 µg/m² de poussière au sol, en moyenne sur toutes les pièces fréquentées par les enfants. Cette information est stipulée dans l’instruction DGS/EA1/EA2/EA3/EA4/2016/283, Annexe 4.

Les données économiques du plomb

Depuis l’époque médiévale, la consommation mondiale du plomb n’a cessé d’augmenter. Ces dernières décennies, une stagnation dans les pays développés a été observée, vu les risques associés à sa toxicité. Des solutions de remplacement ont été implémentées, et diverses réglementations ont été mises en place pour encadrer son utilisation.

En revanche, les pays en développement continuent d’avoir recours à ce métal dans certains domaines dans lesquels il est interdit ailleurs. Cette situation entraîne une augmentation constante de leur consommation de Pb, faute d’avoir accès à des alternatives.

Les pays producteurs

Les fonderies, des installations industrielles spécialisées, sont chargées de produire le plomb métallique. Les matières premières nécessaires à cette production sont obtenues soit à partir de mines (sous forme de concentrés miniers), soit grâce au recyclage, en particulier celui des batteries usagées. Actuellement, le recyclage est devenu la principale source d’approvisionnement de ce métal.

Les pays producteurs de Pb sont la Chine, l’Australie, le Pérou, les États-Unis, le Mexique et la Russie. On cite aussi l’Inde, la Bolivie, le Kazakhstan, la Suède, la Turquie et l’Afrique du Sud.

Pendant la période de 2013 à 2021, la Chine a maintenu une nette supériorité par rapport aux autres pays producteurs de plomb dans le monde. En 2013, sa production s’élevait à 2 900 000 t ; en 2021, elle a légèrement diminué à 2 000 000 t. En comparaison, l’Australie, en seconde position au cours de la même période, a enregistré une réalisation de 711 000 t en 2013. Celle-ci est descendue à 500 000 t en 2021.

Selon les données des douanes françaises en 2014, la France affichait un solde négatif dans les importations de plomb. Le prix moyen d’importation s’élevait à 1 830 €/t.

Le prix

Le Pb est un métal stratégique dont le prix de vente a fluctué au fil du temps, en particulier à la Bourse des métaux de Londres (coté en dollars US). En raison de sa toxicité, les restrictions sur son utilisation se sont multipliées à l’échelle mondiale. Cette situation aurait normalement dû conduire à une diminution de sa valeur sur le marché.

De manière paradoxale, ce métal a connu la plus forte augmentation de prix en 2007. Certains attribuent cela à la demande chinoise croissante de batteries, tandis que d’autres pointent du doigt un marché qui s’est refermé et est contrôlé par quelques grands groupes.

Des rachats et/ou fermetures d’usines ont eu lieu, comme la fermeture de Metaleurop Nord en France, ainsi que des usines en difficulté en raison de problèmes de pollution et de santé, par exemple à Bourg-Fidèle. En 2007, la mine Magellan en Australie, la plus grande mine du monde représentant 3 % de la production mondiale, a également fermé. Enfin, une explosion dans une raffinerie (Doe Run) dans le Missouri a entraîné une nouvelle augmentation des prix.

Le 26 juin 2007, le prix du plomb a dépassé celui de l’aluminium avant de surpasser celui du zinc. En 2003, son prix était encore de 500 $, mais en octobre 2007, il avait atteint 3 655 $/t. Dix ans plus tard, en mars 2017, le métal était vendu à 2 037 €/t (2 281 $/t). En mars 2023, le prix s’établit à 2 137,65 $/t [1].

Le plomb : un symbole polyvalent au-delà de sa connotation de lourdeur

Dans la vie de tous les jours, l’élément 82 est souvent associé aux notions de lourdeur et d’oppression, comme témoignent les expressions :

• un « projet qui a du plomb dans l’aile »,
• une « chape de plomb »,
• un « soleil de plomb »,
• un « sommeil de plomb.

Par ailleurs, dans la tradition française, les noces de plomb symbolisent 14 ans de mariage. Dans la progression de la sarbacane sportive, ce métal correspond au 5e niveau. Le 27e jour du mois de nivôse (une période allant du 21 décembre au 19 janvier, selon le calendrier grégorien) était aussi appelé le « Plomb » dans le calendrier républicain.