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4.5. Exemples de substances réglementées

Durant la seconde moitié du XIX ème siècle, des progrès importants ont été réalisés pour

limiter les impacts sur l’environnement et sur la santé humaine de la fabrication de produits

pharmaceutiques et chimiques. Cependant, il a aussi été mis en évidence que les produits eux-

mêmes, comme les médicaments, les désinfectants, les peintures, les pesticides, les produits de

soins corporels, par exemple, peuvent contribuer à la pollution environnementale et/ou

présenter un risque pour la santé. La majorité des programmes de surveillance sont axés sur des

substances réglementées qui répondent en général à des caractéristiques de persistance,

bioaccumulation et/ou toxicité.

Les « substances très dangereuses » comprennent tout agent ... qui peut être listé ou non,

ou encore être identifié d'une façon ou d'une autre par toute agence gouvernementale, et qui est

susceptible de causer, suite à l'exposition à court terme consécutive à des rejets atmosphériques,

la mort, des lésions ou des dommages matériels attribuables à sa toxicité, sa réactivité, sa

volatilité ou son pouvoir corrosif.

La mise en œuvre de la surveillance de la qualité de l’air et l’information du public sont

confiées par l’État à des Associations Agréées pour la Surveillance de la Qualité de l’Air. Cette

surveillance porte en priorité sur les polluants réglementés dont on peut citer : SO2, NO/NO2,

O3, PM10 et PM2,5, CO, benzène, plomb, arsenic, cadmium, nickel, mercure, hydrocarbures

aromatiques polycycliques (benzo[a]pyrène principalement).

En fonction des polluants, la réglementation fixe des concentrations moyennes annuelles,

journalières ou horaires à ne pas dépasser un certain nombre de jours ou heures par an (c'est-à-

dire des valeurs limites et/ou cibles, objectifs de qualité de l’air par exemple, seuils de

recommandations et d’information, seuils d’alerte, niveau critique). Les valeurs ont été choisies

afin de protéger les populations d’effets sanitaires et d’éviter des effets nocifs directs sur la

végétation (cas des NOx, SO2 et O3). Pour certaines substances (Pb, Cd, Ni, Hg, HAP), les

dépôts atmosphériques doivent également être surveillés.

Le respect de ces valeurs doit être vérifié par des mesures. Elles sont réalisées à l’aide de

stations fixes de surveillance dotées d’un ou plusieurs instruments de prélèvement

automatiques.

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O3 (Ozone)

A très haute altitude, dans la haute atmosphère, l'ozone protège les organismes vivants en

absorbant une partie des rayons UV. Mais à basse altitude, là où nous vivons et respirons, c'est

un polluant qui irrite les yeux et l'appareil respiratoire, et qui a des effets sur la végétation.

L'ozone est un polluant, qui pose problème essentiellement en été, car pour produire beaucoup

d'ozone la chaleur et un ensoleillement suffisant sont nécessaires. En effet, ce polluant n'est pas

directement émis dans l'atmosphère mais se forme par réaction chimique à partir d'autres

polluants, en particulier les oxydes d'azote et des hydrocarbures, sous l'action des rayons UV du

soleil.

SO2 (Dioxyde de soufre)

Les émissions de dioxyde de soufre dépendent de la teneur en soufre des combustibles

(gazole, fuel, charbon...). Ce gaz irrite les muqueuses de la peau et des voies respiratoires

supérieures. A plus de 50%, il est rejeté dans l'atmosphère par les activités industrielles, dont

celles liées à la production d'énergie comme les centrales thermiques. Mais il est également

émis par le chauffage résidentiel, commercial ou des entreprises.

COV (Composés Organiques Volatils)

Les composés organiques volatils sont libérés lors de l'évaporation des carburants, par

exemple lors du remplissage des réservoirs, ou par les gaz d'échappement. Ils provoquent des

irritations et une diminution de la capacité respiratoire, et certains composés sont considérés

comme cancérigènes comme le benzo(a)pyrène. Plusieurs familles de polluants font partie des

COV, elles sont réglementées et surveillées :

- Les BTEX (benzène, toluène, éthyl benzène, m+p xylène et ortho xylène),

autrement appelés HAM (Hydrocarbures aromatiques monocycliques).

- Les HAP (Hydrocarbures aromatiques polycycliques), notamment le

benzo(a)pyrène.

- Les aldéhydes, dont le formaldéhyde, polluant principalement relevé en air

intérieur.

Les COV sont émis par le trafic automobile, par les processus industriels, par le secteur

résidentiel, par l'usage domestique de solvants, mais également par la végétation.

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CO (Monoxyde de carbone)

Les émissions de monoxyde de carbone sont liées à des combustions incomplètes (gaz,

charbon, fioul ou bois), elles proviennent majoritairement des gaz d'échappement des véhicules.

A fortes teneurs, le monoxyde de carbone peut provoquer des intoxications.

Les métaux lourds

Cette famille comprend le plomb (Pb), le mercure (Hg), l'arsenic (As), le cadmium (Cd) et

le nickel (Ni). Les métaux proviennent de la combustion des charbons, pétroles, ordures

ménagères mais aussi de certains procédés industriels. Le plomb pour sa part était

principalement émis par le trafic routier jusqu'à l'interdiction totale de l'essence plombée en

2000. Ces polluants peuvent s'accumuler dans l'organisme, avec des effets toxiques à plus ou

moins long terme.

5. Les types de méthodes

La détection d'une espèce chimique ou biochimique ainsi que l'évaluation de sa quantité

— ou de sa concentration — peuvent être faites soit à l’aide d’instruments d’analyse tels que

les chromatographes ou les divers spectromètres, soit à l’aide de capteurs.

La recherche d’une méthode d’analyse physico-chimique se fait normalement en consultant les

manuels d’analyse publiés périodiquement par des organismes internationaux.

Les différentes méthodes d’analyse environnementale se différencient par la manière dont

la substance est quantifiée et donc par la nature du lien entre le signal émis par la substance

dans l’échantillon et le signal obtenu par la substance mesurée dans un étalon.

5.1. Méthodes primaires

Une méthode est définie primaire si elle ne fait pas référence à la mesure d’un étalon de

même nature pour la détermination de la quantité de l’analyte dans un échantillon. Parmi les

méthodes de cette catégorie nous citons :

a- Les méthodes gravimétriques

Les méthodes gravimétriques sont basées sur la mesure de la masse d’un composé pour

déterminer la quantité de l’analyte. La masse est mesurée à l’aide de balances analytiques, qui

permettent d’obtenir des valeurs précises et exactes. Les méthodes gravimétriques sont donc

parmi les méthodes les plus exactes en chimie analytique.

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C’est une méthode qui consiste à déterminer le pourcentage de l’élément à analyser par

divers procédés.

Figure 1. Balance analytique de précision

Des méthodes gravimétriques ont été développées pour la plupart des anions et des cations

inorganiques, ainsi que pour des entités électriquement neutres comme l’eau, le dioxyde de

souffre, le dioxyde de carbone et l’iode.

Principe de la gravimétrie

Les méthodes gravimétriques se classent principalement en 2 catégories:

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On distingue trois classes de réactifs précipitants:

1. Réactifs inorganiques : NH3 (Fe2O3), HCl (AgCl), AgNO3 (AgX), BaCl2 (BaSO4)

2. Réactifs réducteurs : H2 (Re, Ir), SnCl2(Hg), e– (Co, Ni, Cu, Zn, Ag etc.)

3. Réactifs organiques : Le chélate

Exemple des étapes de dosage d’un métal : Le Fer (Fe) par la méthode gravimétrie

par précipitation

Le principe : Le Fer est dosé sous forme de Fe2O3

- Il faut choisir l’échantillon à étudier

- Peser l’échantillon (la masse de l’échantillon ou la prise= a)

- Il faut solubiliser l’échantillon (rendre l’échantillon soluble dans un solvant : ce n’est

pas uniquement l’eau, il peut être l’acide sulfurique concentré, l’acide nitrique et

même l’eau distillé) : dans notre cas on utilise H2SO4. La réaction chimique est la

suivante :

Fe + H2SO4 FeSO4

- Faire précipiter l’échantillon en utilisant des réactifs précipitant : Le réactif utilisé ici

est NH4OH

NH4OH + FeSO4 Fe (OH)3 + (NH4)2SO4

- Filtrer

- Laver et sécher le précipitant

- Calciner : faire chauffer ou bruler l’hydroxyde de fer à une haute température :

Fe (OH)3 ˄ Fe2O3

- Peser le précipité (p= la masse de précipité)

- Calcul

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- Il faut tenir de facteur gravimétrique qui dépend de la masse de précipité et de la

masse de l’échantillon est exprimé par l’équation suivante :

F= �� ����� ������� �� ��é�é����à �����

�� ����� ������� �� ��é�����é=,

����� ������� ���

����� ������� �� �����

- Et le pourcentage de Fe = F. �

� .100

Exemple d’analyse par volatilisation:

Détermination de la quantité de NaHCO3 contenu dans des tablettes pharmaceutiques

Figure 2. Méthode par volatilisation de dosage du bicarbonate de sodium dans les

tablettes antacides

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b- Les méthodes titrimétriques

Les méthodes titrimétriques sont des procédures analytiques où la teneur en analyte est

déterminée à partir de la quantité requise d’un réactif standard, pour réagir de manière

complète.

Type de titrimétries quantitatives

Volumétrie Gravimétrie Coulométrie

Le volume d’une solution de

concentration connue

nécessaire à une réaction

complète avec l’analyte, est

déterminé

La masse du réactif est mesurée

à la place du volume

Le réactif est ici un courant

électrique constant d’intensité

connue; le temps requis pour la

réaction électrochimique

est mesuré.

Lors d’un titrage, la solution à titrer A est placée dans un bécher (on parle de réactif titré)

que l’on fait réagir avec une solution de concentration connue B appelée réactif titrant placé

dans une burette graduée (fig .3).

La transformation chimique entre une espèce titrante est une espèce à titrer doit être :

Totale : pour faire disparaitre totalement un des réactifs

Rapide : pour que chaque de goutte de la titrant se disparait rapidement et

immédiatement

Unique : donc non perturber par les autres réactions chimiques

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C. Potentiomètrie

La potentiométrie est une mé

électrode plongeant dans la solution à

fixe et connu (ce qui constitue une demi

mesure est relié à la concentration de l'espèce e

Figure 4. Montage d’un dosage potentiométrique

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31

Figure 3. Méthode de titrage

La potentiométrie est une méthode qui mesure la différence de potentiel entre une

électrode plongeant dans la solution à analyser et une électrode de référence ayant un potentiel

fixe et connu (ce qui constitue une demi-pile électrochimique). Le potentiel de l'électrode de

la concentration de l'espèce en solution par la loi de Nernst (fig. 4).

Figure 4. Montage d’un dosage potentiométrique

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thode qui mesure la différence de potentiel entre une

analyser et une électrode de référence ayant un potentiel

pile électrochimique). Le potentiel de l'électrode de

n solution par la loi de Nernst (fig. 4).

Figure 4. Montage d’un dosage potentiométrique

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La chaîne électrochimique de ce dosage est la suivante :

Électrode de référence | Jonction| Analyte| Électrode Indicatrice

Le potentiel (ou tension de cellule) mesuré sera donné par l’équation:

U = Eind–Eréf+ E

5.2. Les méthodes relatives

Le principe de ces méthodes consiste à comparer par interpolation l’échantillon à analyser

à une gamme d’échantillons de concentrations connues (des étalons) dans un milieu non

influencé par les autres caractéristiques physiques et chimiques des échantillons. Ces méthodes

impliquent l’étalonnage des systèmes de mesure des masses et volumes et des paramètres de

correction, et la connaissance de la pureté des produits de base utilisés pour préparer les

échantillons connus.

a. Spectrophotométrie

L'analyse spectrophotométrique est fondée sur l'étude du changement d'absorption de la

lumière par un milieu, en fonction de la variation de la concentration d'un constituant. On

détermine la concentration d'une substance en mesurant l'absorption relative de la lumière par

rapport à celle d'une substance de concentration connue. On ne mesure pas directement ce

nombre, mais on procède à un étalonnage en utilisant des mélanges étalons de concentrations

connues des molécules que l’on veut doser. Ces étalons sont placés dans des cellules

d’absorption traversées par le rayonnement UV-VIS.

Le domaine du spectre ultraviolet utilisable en analyse s'étend environ de 190 à 400 nm et

le domaine du spectre visible s'étend quant à lui de de 400 à 800 nm environ.

À une longueur d’onde où la molécule absorbe, il existe une loi simple entre quantité de

rayonnement transmis par le milieu et concentration des molécules qui absorbent: la loi de

beer-lambert

Aλ = log (I0 / I) = log (100 / T) = ελ.l.C

Avec:

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Aλ→ Absorbance du milieu à la longueur d’onde λ (sans unité)

ελ→coefficient spécifique d’absorbance molaire (L.mol-1.cm-1)

C→concentration molaire des molécules qui absorbent à la longueur d’onde λ (mol.L-1)

l →trajet optique de la cellule (cm)

T → transmittance (souvent exprimée en %)

I→Intensité de la lumière transmise à la longueur d’onde λ (I < I0 )

I0→Intensité de la lumière incidente à la longueur d’onde λ

Un spectrophotomètre comprend 4 parties essentielles (fig. 5):

une source lumineuse (génération d’une large bande de radiation)

un porte échantillon (ou cuve)

une unité de dispersion (monochromateur ou polychromateur)

un détecteur (mesure de l’intensité de la radiation)

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Figure 5. Un spectrophotomètre

b. Les méthodes chromatographiques

La chromatographie est une méthode analytique qui est largement utilisée pour la

séparation, l’identification et le dosage des constituants chimiques dans des mélanges

complexes. Cette méthode est basée sur l’utilisation simultanée d’une phase stationnaire (phase

qui reste en place soit dans une colonne, soit sur une surface plane) et d’une phase mobile

(phase qui se déplace sur ou à travers la phase stationnaire, en entrainant l’analyte avec elle).

Le principe de cette technique est basé sur la migration différentielle des divers solutés

contenus dans un échantillon analysé. L’échantillon est entrainé par la phase mobile au travers

de la phase stationnaire qui a tendance à retenir plus ou moins les composés de l’échantillon à

l’aide d’interactions comme les forces de Van der Waals ou les liaisons hydrogène. Une fois la

phase stationnaire traversée, les composés sont élués. Les différents composants de

l’échantillon ont généralement une affinité différente pour l’une et l’autre des deux phases. Il

en résulte une différence de vitesse de progression des produits et donc d’élution. Ceci permet

de les séparer les uns des autres voire de les identifier. Cette vitesse de séparation est fortement

indépendante de la nature des phases mobile et stationnaire.

Les méthodes chromatographiques peuvent être classées selon le support de la phase

stationnaire en :

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* Chromatographie sur colonne : La phase stationnaire est maintenue dans un tube

étroit et la phase mobile y progresse par gravité ou sous l’action d’une différence de pression.

* Chromatographie sur surface (chromatographie planaire) : Dans cette méthode, la

phase stationnaire est présente à la surface (chromatographe sur couche mince) ou immobilisée

à l’intérieur des pores d’une feuille de cellulose (chromatographie sur papier). Dans ce cas, la

phase mobile se déplace à travers la phase stationnaire par capillarité ou sous l’effet de gravité.