Les éléments traces, appelés abusivement métaux lourds, comprennent non seulement les métaux présents à l’état de trace (cadmium, cuivre, mercure, plomb, etc.), mais aussi des éléments non-métalliques, comme l’arsenic, le fluor… La plupart d’entre eux, les oligo-éléments, sont nécessaires à la vie en faible dose. Ils peuvent cependant se révéler très nocifs en quantités trop importantes. C'est le cas du fer (Fe), du cuivre (Cu), du zinc (Zn), du nickel (Ni), du cobalt (Co), du vanadium (V), du sélénium (Se), du molybdène (Mo), du manganèse (Mn), du chrome (Cr), de l'arsenic (As) et du titane (Ti). D'autres ne sont pas nécessaires à la vie et sont préjudiciables dans tous les cas, comme le plomb (Pb), le cadmium (Cd) et l'antimoine (Sb). Quatre de ces "métaux lourds" sont concernés par la réglementation en raison de leur toxicité : le plomb, l’arsenic, le cadmium et le nickel. Ces composés se retrouvent principalement sous forme particulaire dans l’atmosphère. La directive 2004/107/CE du Conseil du 15 décembre 2004 concernant l’arsenic, le mercure, le nickel, le cadmium et les hydrocarbures aromatiques dans l’air ambiant fixe les valeurs cibles suivantes (moyennes annuelles).

VALEURS DE REFERENCE EN VIGUEUR POUR LES METAUX LOURDS (Moyennes annuelles)
Métaux	L’arsenic	Le cadmium	Le nickel
Valeurs cibles	6 ng/m3	5 ng/m3	20 ng/m3

Source : Air Breizh  

Ces valeurs s'appliquent aux métaux contenus sur les particules (PM10). De plus, la mesure du plomb dans l'air ambiant est reglementée en France depuis l'arrêté 2002-213 du 5 février 2002. Ce texte fixe la valeur limite annuelle à 500 ng/m³, et l'objectif de qualité à 250 ng/m³, en moyenne annuelle.

Le plomb  

Le plomb est présent dans la croûte terrestre et dans tous les compartiments de la biosphère et est un des métaux les plus mesurés dans l’environnement. Au niveau national, du fait de son interdiction dans les carburants depuis 2000, les concentrations de l’air en plomb ont fortement baissé lors des dix dernières années. Depuis, le plomb est donc principalement émis par le secteur industriel (métallurgie, production de matériaux et utilisation de minéraux non métalliques). Ce type d'industries étant peu implantées en Bretagne, c’est le chauffage résidentiel et tertiaire qui est la principale source de plomb devant le secteur transport.

La principale voie d’absorption du plomb par l’organisme est digestive, par le lait, l’eau et les boissons. Les écailles de peinture, les poussières présentes en milieu domestique peuvent être ingérées par les jeunes enfants (2 à 3 ans) par portage main bouche. L’absorption pulmonaire peut jouer un rôle important pour les expositions professionnelles ou pour les personnes vivant sous les rejets atmosphériques d’entreprises polluantes, puisque 20% à 30% du plomb inhalé est absorbé par l’organisme. La toxicité causée à long terme par le plomb est communément appelée « saturnisme », elle a des effets sur les systèmes nerveux, hématopoïétiques, rénaux et cardio-vasculaires. Chez l’enfant, il entraine des troubles du développement cérébral, avec des perturbations psychologiques et des difficultés d’apprentissage scolaire. Le CIRC a classé le plomb et ses dérivés inorganiques comme potentiellement cancérigène pour l’homme.

L’arsenic est un élément naturellement présent dans la partie superficielle de l’écorce terrestre à une concentration moyenne de l’ordre de 2 mg/kg. Il est émis vers l’atmosphère par l'érosion des roches, les réactions d'oxydo-réduction, l'activité volcanique, et les feux de forêt. Ses émissions anthropiques sont dues à l’utilisation de combustibles minéraux solides, à la combustion du fioul lourd et à des procédés comme la production de verre ou la métallurgie.

Chez l'homme, l'absorption de l'arsenic est estimée à 95 % par voie orale dont 30 à 34 % par inhalation. La voie cutanée est une voie mineure d'absorption. La grande majorité des effets liés à l'arsenic sont induits par les dérivés inorganiques (oxydes d’arsenic et arséniates). Plusieurs études réalisées chez des salariés exposés par inhalation à l'arsenic (et/ou à ces dérivés), ont mis en évidence l’apparition de lésions cutanées et des troubles digestifs, le développement de cancer des voies respiratoires, ainsi qu’une augmentation du risque de mortalité par accident cardiovasculaire.  L’union européenne a classé certains dérivés de l’arsenic comme « substances que l’on sait être cancérogènes pour l’homme ».    

Le cadmium

Le cadmium présent dans la croûte terrestre peut être dispersé dans l'air par entraînement de particules provenant du sol et par les éruptions volcaniques. Les émissions anthropiques du cadmium sont dues à l’utilisation de combustibles minéraux solides, à la combustion du fioul lourd, à l’incinération des déchets, à la production de zinc, ainsi qu’à la combustion de la biomasse.

Les deux principales voies d’absorption sont l’inhalation et l’ingestion. Par voie pulmonaire, une fraction du cadmium se dépose le long du tractus respiratoire en fonction de la taille des particules et selon l’hydrosolubilité des composés (les sels les plus solubles : chlorures et oxydes sont absorbés à environ 90-100 % et les sulfures à hauteur de 10 %). Cette absorption peut se poursuivre pendant plusieurs semaines, même après une inhalation unique. Par voie digestive, l’absorption est d’environ 5%. Le cadmium se concentre principalement dans le foie et les reins (entre 50 % et 70 % de la charge totale). L’exposition chronique au cadmium entraîne l’apparition d’une néphropathie irréversible pouvant évoluer vers une insuffisance rénale. Le Centre International de Recherche sur le Cancer (CIRC) a classé le cadmium comme cancérigène pour l’homme. 

Le nickel

Le nickel représente 0,8 à 0,9 % de la croûte terrestre. A l’échelle mondiale, la source naturelle prépondérante est l’érosion éolienne des sols (77 % des émissions naturelles).  Deux secteurs prédominent dans les émissions anthropiques de nickel, la transformation de l’énergie et l’industrie manufacturière avec respectivement 56% et 38% des émissions totales en 2004.

Le nickel et ses composés sont absorbés par les voies respiratoires et dans une moindre mesure par le tube digestif. Environ 20 à 35 % du nickel inhalé est absorbé dans le sang à partir des voies respiratoires, le reste étant éliminé. L’absorption du nickel existe également par voie cutanée. Cette voie est peu significative quantitativement mais importante cliniquement car le contact d’un objet contenant du nickel est susceptible d’engendrer des dermatites de contact (allergies).Les études chez l’homme en milieu professionnel indiquent que le système respiratoire est la cible principale de la toxicité du nickel par inhalation induisant une augmentation de certaines pathologies (bronchite chronique, diminution de la capacité vitale,…). Le CIRC a classé le nickel et ses composés comme cancérigène pour l’homme.