Les métaux lourds, ou éléments traces métalliques (ETM), existent naturellement mais en quantités très faibles dans les sols, l’eau et l’air. Certaines activités humaines, comme la combustion du charbon, du pétrole, des déchets et certains procédés industriels en rediffusent en revanche en grande quantité dans l’environnement. Ils sont souvent liés aux particules fines PM2,5, à l’exception du mercure, qui est principalement gazeux. Si une partie des métaux lourds retombe aux alentours de la source d’émissions, certains peuvent voyager sur de longues distances.
Les métaux lourds ne posent pas seulement un problème pour la pollution de l’air : ils sont biopersistants, perturbent les écosystèmes, détériorent les sols, les eaux de surface, les forêts et les cultures et s'accumulent dans la chaîne alimentaire. Certains sont cancérigènes pour l'homme.

Des émissions en diminution depuis trente ans

Les principaux métaux lourds émis dans l'atmosphère par les activités humaines sont le zinc (Zn), le cuivre (Cu), le nickel (Ni), le plomb (Pb), le chrome (Cr), le sélénium (Se), l'arsenic (As), le mercure (Hg) et le cadmium (Cd). Le mercure, le plomb et le cadmium font l'objet d'une attention particulière, car ils sont très toxiques (effets sur le système nerveux) et ont une durée de vie très longue.
Entre 1990 et 2007, les émissions de métaux lourds ont fortement baissé, notamment pour le plomb (-97 %) en raison de sa suppression dans l’essence, le chrome (-90 %), le zinc (-86 %) et le mercure (-70 %). Seules les émissions de cuivre n'ont que légèrement diminué (-4,5 %) en raison de l’accroissement du trafic routier et ferroviaire à l’origine de la plupart des émissions (usure des caténaires et des plaquettes de freins).

Le mercure a une volatilité très importante. Deux secteurs contribuent majoritairement à ses émissions : la transformation d'énergie (notamment l'incinération des ordures ménagères avec récupération d'énergie) et l'industrie manufacturière (chimie, production de chlore notamment, cimenteries, incinération des déchets industriels) avec respectivement 68,4 % et 25,9 % des émissions en 2008. Sur la période 1990-2008, les émissions de la France métropolitaine ont baissé de 82,3 %, grâce à l'amélioration des performances de l'incinération des déchets mais aussi du fait de la limitation ou de l'interdiction de l'emploi de ce métal dans les piles et les thermomètres médicaux. En 2019, l’utilisation des électrolyses à cathode de mercure dans l'industrie du chlore sera interdite.

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La pollution au plomb a été longtemps liée au transport routier. Entre 1990 et 1999, il constituait 91,2 % des émissions, du fait de l'addition de plomb dans les carburants (pouvoir anti-détonnant). Depuis 2000, cette pratique est interdite, les rejets de plomb ont donc considérablement chuté (-97,8 % entre 1990 et 2008). L'industrie manufacturière est désormais le secteur le plus émetteur (73,4 % des émissions totales).

Les émissions de cadmium proviennent essentiellement de la combustion des combustibles minéraux solides, du fioul lourd et de la biomasse et de l'incinération. Les progrès réalisés dans les secteurs industriels, en particulier dans les secteurs de la sidérurgie, de la métallurgie des métaux non ferreux et dans le traitement des fumées des usines d'incinération ont permis de diminuer ces émissions de 81,2 % entre 1990 et 2008.

Le protocole d’Aarhus relatif aux métaux lourds, négocié dans le cadre de la Convention de Genève sur la Pollution transfrontalière longue distance et signé en 1998 est entré en vigueur le 29 décembre 2003. Ce Protocole vise le mercure, le cadmium et le plomb. Les parties s'engagent à réduire leurs émissions sous les niveaux de 1990, un objectif respecté par la France aujourd'hui.

Sophie Fabrégat