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L'aluminium (AL) et l'eau

La quantité d'aluminium dans l'eau de mer varie approximativement entre 0.013 et 5 ppb. L'océan Atlantique est réputé pour contenir plus d'aluminium que le Pacifique. L'eau des rivières contient généralement à peu pres 400 ppb d'aluminium. La forme la plus courante de l'aluminium est Al3+(aq) dans des conditions acides, et Al(OH)4- (aq) sous des conditions neutres alcalines. D'autres formes incluent également AlOH2+ (aq) en Al(OH)3 (aq).

De quelle facon et sous quelle forme l'aluminium réagit-il avec l'eau ?

Ce metal développe rapidement une fine couche de quelques millimetres d'oxide d'aluminium qui empeche le metal de réagir avec l'eau. Lorsque cette couche est érodée une réaction se crée et libère un gaz hautement inflamable, l'hydrogène. Le chloride d'aluminium s'hydrolise dans l'eau, et forme une vapeur lorsqu'il arrive au contact de l'air, car les gouttes d'acide hydroclorique se forment lorsqu'il réagit à la vapeur d'eau. Les ions d'aluminium contenus dans d'autres composants s'hydrolisent également, et ce procédé continue jusqu'à ce que la charge cationique soit épuisée, terminant la réaction par la formation de l'hydroxide. Le début de la réaction de l'hydrolyse est la suivante : Al3+(aq) + 6H2O(l) [Al(H2O)6]3+ (aq)

La solubilité et les composants de l'aluminium

Les composants de l'aluminium que l'on trouve en grande quantité sont l'oxide d'aluminuim et l'hydroxide d'aluminium. Ces composant sont insolubles dans l'eau. L'oxyde d'aluminium peut être présent dans l'eau à la fois sous sa forme alcaline (2Al2O3 (s) + 6H+ (aq) -> Al3+ (aq) + 3H2O (l)) et sous sa forme acide (2Al2O3 (s) + 2OH- (aq) -> AlO2- (aq) + H2O (l)).
Le sulphate d'aluminium est un exemple de composant de l'aluminium soluble dans l'eau. Sa solubilité est de 370g/L.

Pour l'aluminium est-il présent dans l'eau ?

L'aluminium se forme au cours de l'érosion des feldspaths, tels que l'orthose, l'anorthite, l'albite, le micas et la bauxite, et se retrouve ensuite dans les minéraux argileux. Un certain nombre de pierres précieuses contiennent de l'aluminium, comme par exemple les rubis et les saphires. En ce moment, seul le fer et l'acier sont produits en plus grande quantité que l'aluminium. De plus, l'aluminium est très largement recyclé car il est facilement réutilisable. On le retrouve par exemple dans les encadrements et les poignée des portes, les carrosseries de voitures et d'avions (le rapport poid/force est très intéressant), les moteurs, les cables et les boites de conserve. L'aluminium est transformé en boîtes de conserve, câblages et alliages. Les sels d'aluminium sont souvent ajoutés à l'eau afin de retirer le phosphate grâce aux réactions par précipitations. Par conséquent, de la boue liée à l'épuration dans une eau au PH compris entre 6.8 et 7.3 est présente sous la forme d'hydroxides. On rentrouve des Aluns dans les plantations de thé, utilisés comme engrais. D'autres composants de l'aluminium sont utilisés dans la production de papier. Les aliages, comme entre autre le duraluminium, sont également utilisés car ils sont plus solides que l'aluminium en lui même. De la mousse d'aluminium est également utilisée dans les tunnels pour ses propriétés insonorisantes. Il existe d'autres exemples d'utilisation de l'aluminium, comme la chlorure d'aluminium utilisée dans les procédés de fissuration, l'oxide d'aluminium utilisé comme abrasif ou dans la production d'objets inflamables, le sulphate d'aluminium utilisé comme élément de base dans la fabrication de la colle pour papier, chez les teinturiers (le mordant), dans la fabrication du caoutchouc synthétique, ou encore l'hydrogène d'aluminium utilisé comme agent de réduction et d'hydratation. L'aluminium se retrouve aussi sous la forme d'aérosol. Il prend la forme d'une fine couche à la surface des océans et des eaux en général. On retrouve toujours de La poussière d'aluminium dans l'eau. Les particules sont transportées à la surface grâce au ruissellement ou au transport atmosphérique. En général, les concentrations en aluminium augmentent en fonction de la profondeur de l'eau.

Quels sont les effets de l'aluminium contenu dans l'eau sur l'environnement ?

L'aluminium peut affecter de manière négative la vie terrestre et aquatique. La concentration en aluminium que l'on retrouve régulièrement dans les eaux souterraines est d'envion 0,4 ppm. L'aluminium est present dans les sols sous la forme d'hydroxide, insoluble dans l'eau. Lorsque la valeur du pH est sous 4,5, la solubilité augmente rapidement, ce qui fait monter la concentration en aluminium au delà de 5ppm. Cette réaction peut également se produire lorsque les valeurs du pH sont très hautes. La disolution des ions Al3+ est toxique pour les plantes car cette opération affecte les racines et diminue la consomation de phosphate. Comme mentionné plus haut, lorsque la valeur du pH augmente, l'aluminium se dissout. Cela explique la corrélation entre les pluies acides et la concentration en aluminium du sol. Lorsque le dépot de nitrate augmente, la quantité d'aluminium augmente également, tandis qu'elle diminue dans la bruyère et les grandes surfaces agricoles. On le retrouve en plus grande quantité dans le sol des forets. L'aluminium n'est pas un besoin nutritif pour les plantes, mais peut, pour certaines plantes, influencer positivement leurs croissances. Il est consommé par toutes ces dernières en raison de sa présence dans les sols. Certains types de gazon peuvent accumuler des concentrations en aluminium qui peuvent dépasser 1% de leur masse seche. Les pluies acides dissolvent les minéraux dans le sol et les transportent vers les sources d'eau. Cela peut engendrer une augmentation dans la concentration en aluminium des rivières et des lacs. L'aluminium se retrouve naturellement dans l'eau sous de faibles concentrations. Des concentrations plus élevées dues aux rejets de dechets miniers peuvent avoir un impact néfaste sur la biocénose aquatique. L'aluminium est toxique pour la faune marine dans les eaux acides et au pH désiquilibré, c'est-à-dire lorsque la concentration dépasse 0,1mg/L. Simultanément, le manque d'électrolyte joue un role sur la perméabilité des plumes des goélands et endommage les cellules. L'aluminium est généralement toxique pour les poissons lorsque le pH est compris entre 5 et 5,5. Les ions s'accumulent sur les plumes des goélands, creant une couche visqueuse qui bloque le passage de l'air. Lorsque le pH baisse, les ions en aluminium influencent la permeabilité des plumes en perturbant la régulation par le calcium. Cela augmente la perte de sodium. Le calcium et l'aluminium sont antagoniques, mais ajouter du calcium ne peut en aucun cas limiter la perte d'électrolyte. Ces effets concernent principalement les jeunes animaux. Une concentration en aluminium d'1,5mg/L est fatale pour la truite. L'aluminium joue également un role sur la croissance des poissons à squelette. La masse seche du phytoplankton contient approximativement entre 40 et 400 ppm d'aluminium ce qui engendre un facteur de bioconcentration de 104-105 comparé à l'eau de mer. Les organismes terrestres contiennent également de l'aluminium. Par exemple, les larves de moustiques contiennent entre 7 et 33 ppm, les collomboles entre 36 et 424 ppm. C'est la combinaison de l'aluminium et de la valeur du pH qui determine la mortalité des larves. L'aluminium est connu pour faire partie des substances lethales pour lutter contre les rats (LD50 values). Arriver à des doses léthales par voie orale nécessite une prise de 420mg/kg pour la chlorure d'aluminium et 3671 mg/kg pour de l'aluminium non-hydraté. Le méchanisme de la toxicité est principalement fondé sur l'inhibition de l'enzime. Seul un isotope non radiocatif en aluminium est naturelement présent. Il y a huit isotopes instables.

Quels sont les effets de la présence de l'aluminium dans l'eau sur la santé ?

La concentration totale d'aluminium dans le corps humain est d'envion 9ppm. Dans certains organes, comme par exemple, la rate, les reins ou encore les poumons, la concentration peut s'élever jusqu'à 100 ppm. La prise journalière d'aluminium s'élève à 5 mg. Cependant, seule une petite fraction est absorbée. Cette absorption est relativement peu toxique car l'absorption journalière est 10 μg de par jour. Ces quantités sont considérées inoffensives pour le corps humain. Le silicon peut diminuer la prise d'aluminium. Cependant, une fois l'élèment absorbé par le corps humain, il est difficile de le faire partir. La prise de grande quantité d'aluminium peut avoir des effets nefastes sur la santé, notamment chez les gens souffrant de problème de reins. L'aluminium endommage également les nerfs et augmente les risques d'allergie. On suspecte également une corrélation entre la consomation d'aluminium et la maladie d'Alzheimer. Cependant, il est difficile de le prouver car le taux d'aluminium dans le corps augmente avec l'âge. L'augmentation de la consomation d'aluminium est aussi susceptible de causer l'ostéomalacie (soit un déficit en vitamines D et en calcium). La prise d'aluminium se fait surtout à travers la consomation de nourriture et d'eau. Les normes les plus récentes sont comprises entre 50 et 200 μg/L. Les particules d'aluminium peuvent engendrer un disfonctionnement des poumons. Aucune maladie n'a été détectée suite à un manque d'aluminium. La chlorure d'aluminium attaque la peau, irrite les muqueuses des yeux, cause des sueurs, un essoufflement ou encore une toux. Notons que l'alun favorise la coagulation du sang.

Quelles technologies de purification de l'eau peuvent être utilisées pour retirer l'aluminium de l'eau ?

L'aluminium peut être retiré de l'eau au moyen de l'échange d'ions ou de la coagulation/floculation. Les sels d'aluminium sont utilisés dans le traitement de l'eau grâce à la réaction par précipitation. En ajoutant le sulphate d'aluminium et de l'eau de chaux à l'eau, on constate la formation de l'hydroxide d'aluminium, ce qui entraine la décantation des polluants. L'hydroxide est insoluble dans l'eau, il reste seulement 0,05ppm d'auminium dissout. C'est en dessous de la limite légale d'aluminium contenu dans l'eau potable, dont la limite (0,2ppm) est établie par l'OMS (Organisation Mondiale de la Santé).

 

Traduction : Guillaume Petit-Jean                                              

                         

 

 

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