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                                TPE:  Évolution des explosifs militaires et leurs impacts environnementaux                         
                                                                                                      

ZWINGELSTEIN Thibaut 
MERLET Victor
VURPILLOT Valentin  


                                                                     SOMMAIRE

Introduction:

1) Qu'est-ce qu'un explosif ?

2) Les différents explosifs utilisés dans le domaine militaire

I)  Fonctionnement et amélioration des explosifs dans le domaine militaire

a) Composition et fonctionnement des explosifs militaires actuels
 
 
 
b) Amélioration et évolution des explosifs

II) Les impacts environnementaux par les munitions et les explosifs

a) produits polluants (plomb)


b) Réaction environnementale, Etude de cas: le saturnisme 

Conclusion

Bibliographie

Problématique : En quoi le fonctionnement et les évolutions des explosifs  dans le domaine militaire ont-ils un impact  environnemental ?
       

Introduction:

1) Il existe un nombre considérable de corps ou mélanges capables de se décomposer de façon explosive. Seulement un petit nombre de ces produits est utilisé dans le domaine militaire. Un explosif résulte d'une transformation rapide d'un état à un autre, généralement sous forme de gaz à très haute température. Plus cette transformation est rapide, plus la matière sera en déséquilibre. Cet état peut être modifié à l'aide d'un apport d'énergie qui dans un volume de taille suffisant apportera une variation d'énergie. Selon sa vitesse, cette variation créera un souffle de déflagration ou de détonation. Il existe deux types d'explosifs: les primaires et les secondaires. Les explosifs primaires, lorsqu'ils sont initiés (quand ils explosent) commencent toujours par déflagrer ( quand la vitesse du souffle est inférieur à celle du son). L'énergie de départ est le principal critère pour différencier ces deux types d'explosifs. Les explosifs secondaires ne peuvent pas être initiés sans explosifs primaires, sinon, ils ne feront que brûler. Les explosifs primaires apportent une onde de choc aux explosifs secondaires.
      Les explosifs sont classifiés par:
-une réaction chimique progressive, utilisée pour des détonations enterrées: ce sont des explosifs progressifs.
-une réaction chimique instantanée accompagné d'effet brisants sur tout corps placés au contact et utilisés pour des détonations à l'air libre: ce sont les explosifs brisants.
     Les explosifs se définissent par:
-l'effet utile, qui est exprimé par un coefficient d'utilisation pratique (CUP), il permet de classer les explosifs selon leur puissance à l'aide d'un explosif de référence: la mélinite
-la stabilité, qui se caractérise par le climat, les conditions de stockage etc... En effet, la chaleur, le froid, l'humidité, et le stockage prolongés sont susceptibles de provoquer la décomposition des substances explosives ce qui les rend plus ou moins sensible.
-la sensibilité, qui se distingue avec la détonation par amorçage, la détonation par influence (explosion capable de provoquer à distance d'autre détonation de charge explosive), aux frottements et aux chocs, à la chaleur et à la flamme.
 
2)  En génie militaire, plusieurs explosifs sont utilisés:
-la mélinite pure (acide picrique: 2,4,6-trinitrophénol) n'est plus utilisée de nos jours mais sert de référence pour le CUP.
-la TNT (ou trinitroluène) utilisé beaucoup durant la second guerre mondiale. On y ajoute de la poudre d'aluminium pour un souffle plus puissant.
-le trolite (ou tolite) qui combiné avec un cordon détonant (tube en plastique mince et souple remplie de PETN ou tétranitrate de penaérythritol) permettant la destruction contrôlée d'une cible à distance.
-l'octolite, très puissant donc réservé à l'utilisation militaire.
-la donarite (connue sous le nom <<tonnerre>> en allemand) est un explosif contenant 70% et 80% de nitrate d'ammonium, de 15% à 25% de trinitroluène, et 5% de nitroglycérine. Sa vitesses de détonation est de 4100m/s (rapide et puissant). Il fut utilisé par les U.S.A mais sert maintenant à l'exploitation minière
-le C-4, cet explosif très célèbre de la famille des explosifs plastiques de composition C ( cyclonite ou hexogène). Il est utilisé principalement par l'armée et par des entreprises de démolition
 
 
 
 
 
I)  Fonctionnement et évolution des explosifs dans le domaine militaire
 
a) Composition et fonctionnement des explosifs militaires actuels

Pour commencer, il existe des nombreuses propriétés physiques qui caractérisent les explosifs, en particulier : 

-La Puissance qui caractérise l'intensité avec laquelle un explosif distribue son énergie est calculée à partir de la méthode d' "expansion de cylindre": on fait détoner une substance explosive à l’extrémité d'un cylindre ouvert et l'on calcul les vitesses d'expansions...
-La Brisance, elle décrit la capacité d'un explosif à casser un objet. C'est un indicateur de puissance de destruction d'un explosif. Un explosif brisant peut être moins puissant qu'un autre explosif mais être plus destructeur.
-La Densité, elle est le rapport entre la masse d'explosif par volume unitaire. Elle est très importante car si elle est trop élevée elle peut influencer la sensibilité d'un explosif; savoir la contrôler est élémentaire.
-La Volatilité, elle désigne la rapidité avec laquelle une substance se vaporise. La volatilité a un impact sur la stabilité d'un explosif car elle affecte la composition chimique. De plus, le dégagement gazeux produit par volatilité d'un explosif stocké peut faire augmenter la pression dans l'enceinte de stockage.
-L'Hygroscopicité, elle est employée pour mesurer l'absorption d'humidité d'un matériau. L'introduction d'eau dans un explosif est dangereuse car elle réduit sa sensibilité, sa puissance et sa vitesse de détonation. De plus, l'eau favorise la décomposition du matériau et provoque la corrosion prématurée de son enceinte de stockage. La valeur doit de cette donnée donc être négligeable.
-La Toxicité, de par sa composition chimique est plutôt de nature toxique (ces produits de réaction le sont aussi). La toxicité d'un explosif doit toujours être le plus faible possible, aussi bien en usage militaire qu'en industrie.
  Il existe donc de nombreux paramètres de toutes sortes à prendre en compte lorsqu'on manipule des substances explosives.

De nos jours, il existe de nombreux groupes explosophores (ex: No2). Ces groupes rendent instables un molécule et permettent à deux composés, lorsqu'ils sont mélangés, d'exploser. La plupart du temps, une molécule est dite explosive lorsqu'elle possède des groupes qui réagissent entre eux (ex: nitroglycérine) et/ou qui possède des groupes qui rendent la molécule instable.
 
Groupes explosophores les plus communs:
  

Type d’explosif

Groupe explosophore

Commentaires

Explosifs chlorés

-OClO2    /    -OClO3    

Présent dans le chlorate de soude, un engrais aujourd’hui en voie de disparition suite aux accidents qu’il a provoqués

Explosifs nitrés

-NO2   /   -ONO2   /   -NO

-N=N-  /  -N=N=N-  /  -N=C

-NX2 (X étant un halogène)

Les groupes explosophores les plus courants : par exemple dans la TNG.

Peroxydes

-O-O-   /   -O-O-O-

Les groupes peroxydes rendent toute molécule instable. L’effet est accentué lorsque le groupe est dans un cycle.

Autre

-C≡C-

On trouve ce groupe dans l’acétylène, utilisé dans les chalumeaux à oxy-acétylène (température de flamme théorique de 4000 K). AgC≡CAg est détonant.

 
La présence de ces groupes ne suffit pas toujours à rendre une molécule explosive en particulier si le reste de la structure de la molécule est stable. La présence de plusieurs groupes accentue l'instabilité de la molécule.
 
Principaux types de substances explosives :

 

Ø  Les explosifs chlorés 

Ø  Les explosifs nitrés qui est un explosif constitué par un ester nitrique (nitroglycérine)

Ø  Les polyalcools nitrés (hydrocarbures)

Ø  Les molécules aromatiques nitrées

Ø  Les nitramines

Ø  Les molécules organiques peroxydées ( les peroxydes sont des oxydants très actif et peuvent être utilisés comme comburant)


Les explosifs militaire sont étudier pour occasionner le plus de dégâts possibles. Ce sont les explosifs brisants, leur vitesse de détonation est supérieur à 5km/s. Les plus puissants atteignent les 10km/s. C'est au niveau du domaine militaire que l'utilisation des explosifs est la plus fréquente.
 
Pour comprendre ce qui se passe lors de la détonation d'un explosif, on choisira d'étudier la trinitroluène (TNT):
    C6  H2   (NO2)  CH3

Pour expliquer le processus de détonation il a été mit en place un tableau de priorité:
 priorité  composition d'explosif  produits de décomposition  phase de produits
 1  un métal et un chlore  chlorure métallique  plein
 2  hydrogène et chlore  HCI  gaz
 3  un métal et un oxygène  oxyde métallique  plein
 4  carbone et oxygène  CO  gaz
 5  hydrogène et oxygène  H2O  gaz
 6  oxyde de carbone et oxygène  CO2  gaz
 7  azote  N2  gaz
 8  l'oxygène excessif  O2  gaz
 9  hydrogène excessif H2  gaz
 10  carbone excessif  C  plein

De part la formule brute de la TNT, on distingue 7 carbones, 5 hydrogènes, 6 oxygènes, 3 azotes.
On utilise alors le tableau de priorités afin de déterminer les produits de l'explosion:
-on passe les 3 premières étapes car il n'y a ni métal ni chlore dans les réactifs
-à la 4ième étape, on remarque que l'on peut créer pour 6CO (on a 7 carbones et 6 oxygènes, l'oxygène est le réactif limitant)
-n'ayant plus d'oxygène, on passe les étapes 5 et 6
-à l'étape 7, on a 1,5N2 de créé car (on a 3 azotes pour former N2, soit 3N --> 1,5N2)
-n'ayant toujours plus d'oxygène, on passe à l'étape 8
-à l'étape 9 on consomme l'hydrogène excessif à fin de former 2,5H2  ( 5H --> 2,5H2)
-à l'étape 10 on utilise les carbones restant, ici un seul

b) Amélioration et évolution des explosifs 

 Le premier explosif que l’homme a inventé est la poudre noire. Invention chinoise dès les premiers  siècles de l’ère chrétienne dont l’utilisation balistiques par les arabes et européens ne date que du 14ième siècle.  La poudre noire est un mélange de  <<salpêtre>> ou de nitrate de potassium, de soufre et de carbone. Voici ça décomposition représentée  par l’équation suivante :

2 KNO3  +  S  +  C  à  K2S  +  3 CO2  +  N2


De nos jours, on ne l’utilise plus qu’en : pyrotechnie,  pour obtenir des effets sonores et lumineux, et dans les répliques d’arme à feu datant des siècles précédents. La pyrotechnie est la science des artifices destinés en chargement d’engins ou de dispositifs éclairants, traçant (matérialisation des trajectoires), de signalisation, incendiaires, fumigènes ; ce qui fait qu’elle est basée sur les mélanges  et artifices utilisés pour amener à déflagrer (amorces, mèches) ou détonner (cordeaux, détonateurs). On notera l’évolution des systèmes de détonation où l’on passe des systèmes de mise à feu par pyrotechnique, à des systèmes de mise à feu par système électrique, chacun d’entre eux est complété par des moyens d’amorce tel qu’une mèche lente, un conducteur électrique ou une charge d’amorce.                                                                                                                                                                                                            

Vers la fin du 18ième siècle, le chimiste C-L Berthollet  obtient le <<muriate suroxygéné de potasse>> (chlorate de potassium) par dissolution à chaud de dichlore dans une solution de potasse. Il découvre les propriétés explosives de ce nouveau sel en le substituant au <<salpêtre>> dans la poudre noire et élabore une <<poudre blanche>> constituée de chlorate de potassium et de sucre. Ces mélanges qui étaient très sensible aux chocs n’eurent pas d’application pratique et ce ne sera que plus tard lorsque qu’un chimiste anglais Street parvient à les stabiliser à l’aide d’huiles végétales ou minérales ; il en découla une nouvelle catégorie d’explosifs : les cheddites.

En 1884, l’ingénieur P. Vieille, à l’aide d’un mélange alcool/éther, a permis d’obtenir les poudres sans fumées qui sont utilisées aujourd’hui dans la plus part des munitions des armes à feu. Au sujet des poudres, les premières étaient à simple base, c’est-à-dire, constituées de nitrocellulose pure ; par la suite sont apparues les poudres à double base constituées  de nitrocellulose et de nitroglycérine. Il existe également des poudres multi-bases à trois constituants ou plus, des poudres dopées et des poudres composites (plusieurs poudres ensemble).

Vers la seconde moitié du 19ième siècle, une nouvelle science apparaît, la détonite. Sa naissance vient de l’accouplement des premières synthèses de molécules explosives et de la théorie de l’onde de choc en milieu condensé. La détonite est l’étude du phénomène de la détonation dont les deux composantes s’entretiennent mutuellement pour libérer une importante quantité d’énergie en un temps extrêmement court ; ces composantes sont l’onde de choc et de la réaction chimique. En 1846, A. Sobrero synthétise le nitrate de glycérol ou nitroglycérine.


 Cet explosif, excessivement sensibles aux chocs fut à l’origine de nombreux accidents. Vers 1870, le suédois Alfred Nobel  le stabilise sur une terre siliceuse, le<< kiesel-guhr>>, puis par de la nitrocellulose (dynamites gommes, les fameux <<pains>> de la première guerre mondiale) et met au point des détonateurs (au fulminate de mercure) pour amorcer ces nouvelles compostions. La décomposition de la molécule ne fournit que des produits gazeux : O2 , N2 , CO2, vapeur d’eau  et divers gaz. La domestication de la nitroglycérine à l’aide d’un support actif (nitrate d’ammonium, nitrocellulose) ou inactif (sciure de bois) fournit une famille de produits relativement stables : les dynamites.

En 1895, K. R. Linde invente les explosifs à l’oxygène liquide. A la fin du 19ième siècle, de nouveaux explosifs militaire apparaissent : la France adoptera l’acide picrique ou  mélinite ( 2, 4, 6 trinitrophénol) et l’Allemagne le TNT ou tolite (2, 4, 6 trinitroluène). Le phénol, précurseur de la mélinite, présentait l’avantage d’être extractible des goudrons de houille, de matière première disponible en France. Des explosifs liquides à base de dioxyde d’azote N2 O4, les panclastites, seront utilisés dans les bombes d’avions lors de la Première Guerre mondiale. Entre les deux guerres mondiales, deux explosifs synthétiques sont développés : une trinitamine,  l’hexogène (RDX ou T4) et un ester nitrique du pentaérythritol, la pentrite. L’élaboration de ces explosifs requiert, en plus de l’acide nitrique et l’ammoniac, dont les procédés de synthèse sont de l’air et de l’eau, le méthanal et l’éthanal. Pour finir, la synthèse d’explosifs à partie d’eau et d’air et de carbone permet de s’affranchir du besoin d’hydrocarbures aromatiques, sous-produits de la distillation des houilles et pétroles.
 


 

 

 
 
 II) Les impacts environnementaux par les munitions et les explosifs
 
a)  produits polluants (plomb)

Toutes les munitions de guerre et l’essentiel des munitions de chasse contiennent des composants ou des agents toxiques et / ou polluants.

Des munitions dites "vertes" ou "non polluantes"  ont été  conçues à partir de la fin du XXème siècle, mais elles ne sont utilisées que très marginalement (moins de 0.1% du total en service) et elles contiennent encore très souvent une proportion de composants toxiques .

 Les munitions militaires sont conçues pour une utilisation tactique par des forces armées et, pour ce faire, répondent à des caractéristiques et des matériaux très précis. Ces munitions peuvent générer des risques pour la sécurité et la santé publique ainsi que sur l’environnement. Leur utilisation et leur stockage peuvent être source de pollution chimique des sols, des nappes phréatiques, de la chaîne alimentaire, etc.

Les restes explosifs de guerre (REG) abandonnés sur les champs de bataille ou dans des dépôts contrôlés ou pas, apportent les mêmes risques potentiels qui seront d’autant plus important que le délai d’abandon et de contact avec le sol durera dans le temps.

Cela nécessite de dépolluer/déminer les terres le plus tôt possible. Mais cela implique aussi que la dépollution pyrotechnique d’une terre peut ne pas être suffisante car les sols ont pu être « stérilisés » par les polluants chimiques rendant les cultures impossibles.

 Les plus grands polluants dans les munitions militaires

Les États-Unis ont défini plus de 200 constituants chimiques dangereux pouvant être contenus dans les munitions militaires. Parmi ceux-ci, le ministère de la défense américain en considère 20 plus dangereux que les autres de par leur large usage et l’impact potentiel sur l’environnement. Ceux-ci sont les suivants:

Trinitrotoluène (TNT),

Methylnitrite,

Acide Picrite,

Acide de plomb,

Fulminate de Mercure,

Nitrate de Cellulose,

Nitrostarch,

Acétone Peroxyde,

Tétrazène,

Nitrate d’Ammonium, Nitrate de plomb et Nitrate de Potassium,

Chlorate de Sodium,

Perchlorate d’Ammonium,

Bien que la recherche sur les problèmes environnementaux en relation avec ces polluants chimiques date de plus de 30 ans, les effets potentiels concernant l’impact environnemental est encore peu connu. La nature des effets potentiels et l’impact sur la santé dépendent de la dose, de la durée d’exposition et du mode d’exposition mais aussi de la sensibilité des populations exposées.

Les éléments suivants donnent quelques effets sur la santé pour cinq des plus dangereux composants :

Trinitrotoluène (TNT)

Possibilité de cancer. Cibles : foie, peau et cataractes.

Royal Demolition Explosive (RDX)

Possibilité de cancer, problèmes de prostate, nerveux, nausées et vomissements. Sur les animaux en laboratoire, dommages sur les organes internes.

High Melting Explosive (HMX)

Les études sur les animaux suggèrent des dommages potentiels sur le foie et le système nerveux.

Perchlorate

L’exposition cause  des démangeaisons, larmoiements et douleurs, l’ingestion peut être la cause  de gastro-entérite avec douleurs abdominales, des nausées, des vomissements et des diarrhées. Des effets systémiques peuvent suivre et peuvent inclure des acouphènes, étourdissements, élévation de la pression sanguine, troubles de la vision et tremblements. Des effets chroniques peuvent inclure des désordres métaboliques de la thyroïde.

Phosphore blanc

Effets sur la reproduction. Brûlures de la peau, irritations de la gorge et des poumons, vomissements, crampes d’estomac, déficience du foie, du cœur ou des reins. Décès.

Les concentrations en matière explosive dans l’environnement dépendent du type de munition, des conditions environnementales et de la densité de munitions. En général, la concentration en matière explosive est faible et s’atténue rapidement avec l’éloignement du site. Mais le transfert peut aussi se faire par les pluies ou le vent pour polluer les nappes phréatiques ou des zones plus éloignées.

 Les autres constituants des munitions militaires

Une munition ne se résume pas à son chargement explosif ou chimique mais est aussi constitué dans la majorité des cas par un corps, un système d’amorçage, un système de propulsion. Des composants électriques ou électroniques sont aussi des constituants des munitions plus modernes. La dégradation des éléments externes de la munition, plus ou moins accélérée par les conditions extérieures, la durée mais aussi les conditions qui ont conduit une munition à ne pas exploser alors qu’elle été utilisé ou déstocké. La corrosion génère un dégagement de composés chimiques neutres ou dangereux pour la santé selon qu’ils sont ingérés, inhalés ou simplement touchés.

 La présence de métaux lourds est relativement importante ainsi que des composés chimiques tels que :

Aluminium, (assimilé à un neurotoxique) dans les chargements éclairants et autres ainsi que dans certains explosifs.

Ammoniac,

Antimoine, ajouté au plomb des balles d’armes de petit calibre.

Argent, dans les circuits électroniques.

Arsenic, ajouté au plomb des balles d’armes de petit calibre.

Baryum,

Benzidine,

Bore,

Cadmium,

Cuivre,

Mercure, le fulminate de mercure est contenu dans les amorces et les détonateurs

Molybdène,

Nickel,

Oxyde de fer,

Plomb, (Saturnisme) contenu dans les balles, les obus à balles, les ceintures de forcement, etc..

Strontium,

Sulfure,

Titane,

Tungstène,

Uranium, armes antichars.

Zinc,

 Les métaux lourds aussi appelés « éléments-traces métalliques – ETN » ont un impact sur la santé surtout sur les enfants et les femmes enceintes. Tous ne sont pas toxique mais, certains le sont à dose infime . Le cas le plus connu dans le cas des munitions et des obus est le plomb .

 

b ) Réaction environnementale, Etude de cas: saturnisme

 

Le plomb dans les munitions et les explosifs 

 Le plomb est l’un des exemples les plus connus .  Il fait partie de la catégorie des métaux lourds . C’est un matériau qui a souvent été utilisé dans de nombreuses applications de la vie courante telles que les canalisation servant à transporter l’eau , les câbles , les peintures ou l’essence mais il est  très largement utilisé dans l’armement ( munition , obus ) et dans les explosifs notamment pour les grenaille des munitions et les enveloppes d’obus  .En raison de ses caractéristiques (poids, malléabilité, disponibilité), le plomb est le composant le plus ancien et le plus utilisé pour fabriquer les projectiles et grenaille pour armes à feu et canons. Des milliards de billes de plomb durci d'arsenic et/ou d'antimoine ont été fabriquées pour les obus Shrapnel les plus utilisés dans les zones de tranchées.

exemple de reste de bombe shrapnel


On voit nettement qu'après environ 80 ans passés dans le sol, à 60 cm de profondeur environ, le plomb se délite sur la partie périphérique de la bille (couleur grise et consistance entre crémeuse et granuleuse) alors que l'oxyde blanchâtre de la bille de gauche n'a pas sensiblement corrodé la bille, qui même est restée presque intacte sur sa face aplatie à l'impact (dans un milieu plus acide, il aurait pu en être autrement). Le caractère bioassimilable du plomb oxydé en surface ou dans le sol ou dans l'eau à partir de ce type d'objet n’a pas encore été étudié. Le plomb, à l'état de molécules bioassimilables est une substance très
toxique pour tous les animaux et l'Homme, notamment pour l'embryon et le fœtus.

Le plomb est le premier polluant, mais d'autres toxiques sont présents dans les munitions ou émis par elles ; des radionucléides contenus ou produits par les armes nucléaires en passant par les gaz de combats contenus par les munitions dites « chimiques » ou l'uranium appauvri récemment utilisé, de nombreux autres composants posent des problèmes potentiels ou avérés de santé publique et d'environnement.
Ces problèmes se posent au moment de leur fabrication, au moment du tir (ex : vaporisation de
mercure issu de l'amorce ou de plomb et cuivre arraché par le frottement), au moment de l'impact (ex : vaporisation, dispersion et inhalation d'uranium appauvri). Le risque persiste à moyen et long terme concernant les toxiques libérés par la dégradation de munitions anciennes stockées, perdues ou immergées en mer.

On ignore , par exemple , ce que sont devenus les tonnes de mercure

libérés par les amorces (d'obus, balles et autre engins) . Depuis un siècle, les taux de mercure augmentent dans l'environnement, en mer notamment . Le fulminate de mercure naturellement très instable était souvent stabilisé et protégé dans une capsule assez résistante à la corrosion, ce qui pourrait ralentir sa diffusion dans l'environnement.

 

 Pour le triplé Plomb/Antimoine/Arsenic, les sites longuement pilonnés par les obus shrapnels durant la première guerre mondiale sont probablement ceux qui pourraient poser le plus problème. En France, c'est a priori essentiellement sur terre et en "Zone Rouge" (11 départements), et plus particulièrement dans les secteurs de Verdun, de la Somme et de Vimy que ce problème se pose, avec une densité de plomb-métal qui compte parmi les plus élevées au monde. Ce « plomb de guerre » est un déchet toxique et dangereux, présent en quantité dispersée.

Certains effets environnementaux et sanitaires du plomb de chasse (grenaille) et de pêche  ou de tir sportif ou d'exercice ont été mieux étudiés, notamment en Amérique du Nord et chez les Inuits où on a confirmé leur impact écologique et sanitaire (grâce au traçage isotopique ).
Même si les tonnages ] annuels de plomb émis annuellement par les munitions de chasse et de ball-trap ne doivent pas être sous-estimés, on ne peut transférer ces résultats au cas du plomb de guerre, généralement présent sous forme de balles, billes ou pièces ou éclats plus gros et plus lourds que la grenaille de chasse ou ball-trap, et donc a priori beaucoup plus lent à diffuser dans l'environnement.

La nature et le pH du sol ont une grande importance pour la mobilité et la biodisponibilité de ces métaux. Par chance, la plupart des zones de combat présentaient des sols calcaires réputés peu propices à la circulation rapide des métaux toxiques.

Le risque d'incendie et d'érosion sont aussi à prendre en compte.

Les champignons sont un facteur de biomagnification du transfert des polluants . Ils pourraient accélérer le transfert de métaux tels que le mercure et le plomb vers les arbres et certains animaux (dont les sangliers).

 Risques liés au vieillissement des munitions non tirées ou non explosées

Dans la plupart des pays européens des engins de guerre non explosés (hors mines terrestres) mais toujours en état de fonctionnement sont quotidiennement mis à jour ou détectés . Partout dans le monde ,ils causent régulièrement la mort ou des blessures corporelles par perforation, amputation, arrachement ou effet de choc, mais aussi surdité, cécité, graves brûlures, sans parler du traumatisme psychologique. Localement, jusqu'à 1/3 des bombes du type cluster ou "bombelettes" sont encore actives.

exemple de reste de bombelettes

 Sur certains terrains « mous » (vases, tourbes, boue, sédiments, zones humides) de nombreux engins n'ont pas explosé (jusqu'à 80 % sur certains sites de 14-18). Dans les vases froides et peu oxygénées ou à grande profondeur les munitions et certains agents chimiques peuvent se conserver bien plus longtemps qu'exposées à l'air ou en sub-surface, ce qui ne signifie pas qu'elles perdent de leur toxicité.

Tous ces obus ou résidus d’obus sont soumis à la corrosion . Plus le temps passe, plus la dégradation des obus chimiques et des amorces (contenant du fulminate de mercure des sels toxiques de plomb..) permet que leur contenu toxique puisse se répandre dans l'environnement sous des formes chimiques très pures et concentrées, rarement ou très peu présentes dans l'environnement naturel.

On trouve également dans les fonds marins de nombreux navires de guerre coulés durant les différentes guerre et possédant dans leurs cales de nombreux obus en état de décomposition ( 75 épaves connues dans la Manche et la mer du Nord ) et qui sont certaines exposées à des courants violents .

Ces épaves présentent donc un risque non négligeable de pollution des fond marins et de la faune marine . Outre la faune , cette pollution peut contaminer soit directement les habitants des littoraux ou les consommateurs de poissons ou crustacés .

c)  Etude de cas : le saturnisme

Etude de cas : «  mortalités souvent discrètes , parfois inattendues dues aux composants des munitions

 Le plomb est un matériau très nocif  pour la santé de l’homme , et , il pollue très largement notre environnement comme le montre l’extrait suivant :

Au Canada , durant l’hiver 1974-1975 , l’inondation accidentelle d’un ancien ball-trap utilisé par les officiers de l’aviation royale canadienne durant la seconde guerre mondiale a brutalement tué par saturnisme aigu des centaines de canards et d’oie morts après y avoir picoré des billes de plomb . La dépollution du site a coûté plusieurs milliers de dollars américains .

Près de Montréal , ce sont des centaines de colverts , canards noirs , bernaches du Canada et cygnes siffleurs qui se sont empoisonnés pour les mêmes raisons . Des mortalités massives d’oiseaux domestiques ont été observées sous des retombées de ball-trap et par l’ONC dans un cas à la suite de retombées de pluies de plomb sur un élevage émises par des chasseurs postés sur un pylône de chasse à la tourterelle tirant dans la direction de cet élevage .

Ailleurs , des poules , canards , oies , moutons ou des vaches ont ponctuellement été signalées morts d’intoxication aigüe pour ces raisons en France , aux Etats-Unis , en Irlande .

Des cas de saturnisme létal ou sublétal par ingestion de végétaux ensilés ( acide ) et/ou ayant poussés sur zone chassée ou sous un ball-trap ont également été signalés . Par exemple , plusieurs milliers de billes de plomb se sont retrouvées dans la panse de vaches au nord de la France , billes avalées via du maïs fourrager ayant poussé près d’un site de ball-trap . De la luzerne ( ensilée et acidifiée ) reste contaminée et toxique , même après retrait des grenailles si ces dernières sont restées en contact avec la luzerne durant plusieurs semaines .

 

Effet du plomb sur la santé

Il peut pénétrer dans le corps humain lors de l’ingestion de nourriture ( 65% ) , d’eau ( 20% ) ou d’air ( 15 %) . Les aliments tels que les fruits , les végétaux , les viandes , les produits de la mer , les boissons sans alcool et le vin peuvent contenir des quantités significatives de plomb . Il peut également contaminer l’eau potable lors de la corrosion des tuyaux surtout lorsque l’eau est légèrement acide .

Le plomb n’a aucune fonction essentielle dans le corps humain mais il peut être hautement nocif car il peut provoquer des lésions importantes chez l’homme telles que le saturnisme  ou la perturbation du système nerveux , l’augmentation de la tension artérielle , des dommages au cerveau  ou des baisses de la fertilité chez l’homme.

 

Effet du plomb sur l’environnement ( aspect général )

Le plomb est présent naturellement dans l’environnement mais sa forte concentration localisée est le fruit de l’activité humaine .  Par exemple , le plomb brûlé lors de la combustion de l’essence dans les moteurs crée des sels de plomb ( chlorures , bromures , oxydes ) . Ces sels sont rejetés dans l‘environnement par l’intermédiaire des gaz d’échappement . Les particules les plus grosses retombent rapidement au sol alors que les plus petites restent dispersées dans l’atmosphère et ne retombent qu’avec la pluie .

Le plomb peut se retrouver dans l’eau et dans les sols lors de la corrosion des tuyauteries en plomb des systèmes de transport d’eau et lors de l’usure des peintures au plomb .

Le plomb ne peut être détruit , il ne peut que changer de forme . Il s’accumule dans le corps des organismes aquatiques et ceux du sol .Chez les crustacés , par , exemple , ces effets se font ressentir même si de très petites quantités sont présentes .Les fonctions des phytoplanctons peuvent être perturbées lorsque le plomb est présent . Le phytoplancton est une source importante d’oxygène dans les mers et beaucoup d’animaux marins s’en nourrissent .

On comprend ainsi un peu mieux le risque de pollution accru par la présence dans les fonds marins d’épaves provenant des différents conflits internationaux .

 

 

Conclusion sur le plomb

Outre tous les cas liés à la vie courante ( canalisation d’eau , essence … ) , le plomb a contaminé le sol , les arbres , les animaux et la mer au moment des différentes guerres . Aujourd’hui encore , nous pouvons subir les conséquences de ces périodes difficiles . En effet , les obus ayant explosés ont disséminés des quantités invraisemblables dans à la surface du sol et dans les océans . Des milliers d’obus se trouvent encore enfuis dans le sol . Sous l’effet des conditions climatiques , tous ces matériaux se corrodent et continuent de polluer :

         le sol et contaminant  ainsi toute la flore ( arbres , champignon, culture  etc .. )

les nappes phréatiques et donc l’eau que nous consommant tous les jours

les fonds marins et toute la faune y vivant 

Cette contamination affecte donc directement toutes les espèces vivant dans ces espaces et donc l’homme qui consomme les fruits , les animaux ou les poissons vivant dans ces espaces .

L’utilisation des armes et des explosifs a donc un impact direct sur notre santé et notre environnement .

Cette contamination par le plomb peut entraîner des effets très néfaste sur la santé publique

(exemple : le saturnisme ) comme cela sera montré dans la suite de l’étude .

 

LE SATURNISME

Le saturnisme est une maladie causée par une intoxication aiguë ou chronique par le plomb .

A la différence de la plupart des métaux , le plomb n’a aucun rôle connu dans l’organisme humain , ni chez d’autres espèces animales ou végétales . Il est toxique au niveau cellulaire quelle que soit sa concentration .

Chez l’homme , le seuil légal de danger ou quantité maximale tolérée est en France de 100µg de plomb par litre de sang mais certains spécialistes estiment que des effets sur le cerveau ou la cognition apparaissent quelle que soit la dose d’exposition .

Les jeunes enfants , le fœtus et l’embryon y sont beaucoup plus exposés que l’adulte .

Le saturnisme peut affecter tous les animaux et en particulier les oiseaux .

Le plomb induit des troubles systémiques qui selon leur gravité peuvent être réversibles ( anémie , troubles digestifs …) ou irréversibles voire fatals ( troubles neuromoteurs  , stérilité , cancers ,hypertension ..) . Chez l ‘enfant , il cause des effets graves et irréversibles sur l’organisme dont le retard mental .

Le plomb , même à faible dose , a également un effet cytotoxique sur les cellules souches du système nerveux central .

Une partie du plomb absorbé par ingestion ou inhalation est excrété mais le reste s’accumule durablement dans l’organisme , et , préférentiellement dans certains organes comme :

                Les os : 80 à 95 % du plomb absorbé se fixe dans les en s’y substituant au calcium ( durée de vie moyenne de 20 à 25 ans

                Le foie

                Le rein

                Le cerveau

Les individus sont plus ou moins prédisposés et sensibles au saturnisme selon l’âge et la durée d’exposition , et s’ils sont carencés en certains nutriments et oligo-éléments ( calcium notamment )

Le saturnisme n’est pas transmissible sauf dans le cas des jeunes femmes ayant été exposées au plomb durant de nombreuses années et qui pourront transmettre la maladie au fœtus en cas de grossesse ( le plomb franchissant facilement la barrière de placenta ).

 

Origine et causes de la maladie

Le plomb circule dans les chaînes alimentaires et les organismes en se substituant à  d’autres métaux vitaux tels que le calcium , le fer et le zinc . Il interagit avec la production de certaines protéines .

Il interfère l’ALAD ( Delta-aminolevulinic acid déshydrtase ) qui contient un pont moléculaire dépendant du zinc , et , qui est vitale pour la biosynthèse de l’hème ,cofacteur de la production de l’hémoglobine .

Le plomb inhibe aussi la ferrochétalase qui catalyse la réunion de la protoporphyrine IX et de l’ion Fe2+ qui forme l’hème .

Le plomb freine ou empêche des processus vitaux en perturbant la production de certaines enzymes et le transport de l’oxygène par le sang .

 

Mesure et seuils de toxicité

 

Des traces de plomb sont détectables dans le sang de tous les individus . L’OMS ( organisation mondiale de la santé ) et la plupart des pays de l’Union Européenne ont fixé une valeur limite de 10µg/dL de sang appelé  plombémie ( taux de plomb dans le sang ) . C’est l’indicateur le plus communément utilisé dans le monde pour des raisons de commodité mais il est incomplet car la plombémie indique une contamination récente .

On utilise également :

-l’analyse du plomb dans les phanères ( cheveux , ongles , poils ) pour détecter une contamination moyennement récente ( mois précédent , année )

-la mesure de plomb dans les dents ou dans l’os pour renseigner sur une contamination ancienne . Celle-ci peut également être détecté dans l’urine en utilisant un chélateur ( DMPS , DTPA ) qui est administré par intraveineuse .

-l’analyse du plomb dans l’air et l’environnement ( poussières , peinture , eau , alimentation ) peut être un indicateur complémentaire .

 

Les seuils de toxicité appliqués sont ceux définis par l’OMS bien que de nombreux toxicologues estiment aujourd’hui qu’il n’y pas de véritable seuil en deçà duquel le plomb peut être considéré comme sans danger , en particulier pour le cerveau .

 

De nombreux humains vivent aujourd’hui avec des taux susceptibles de poser des problèmes de santé , de développement ou cérébraux .

Dans les pays développés , la plombémie moyenne dépasse généralement le 10µg/dL définis  mais il n’est pas rare de trouver des personnes avec des plombémies dépassant deux fois le seuil ou de trouver des enfants présentant des troubles de comportement ou de cognition ( avec perte de QI ) présentant des doses inférieures à la norme .

 

Des mesures isotopiques  du plomb détectés lors des prélèvements permettent dans certains cas comme celui de l’essence d’isoler la source de la plombémie en raison des signatures isotopiques différentes .

 

L’organisme n’est pas capable d’éliminer le plomb absorbé par le corps  .  Les quantités ingérées seront donc stockées dans l’organisme ( préférentiellement dans les os ) sans jamais être éliminées . Ce plomb stocké dans l’organisme et constitue un véritable poison car il va très facilement se substituer à certains éléments essentiels comme le calcium . Tout individu ayant été exposé à de fortes doses de plomb ( et stockant donc de fortes quantités de plomb dans son organisme ) risque donc de révéler un saturnisme induit en cas de carence en calcium par exemple . Il est donc nécessaire pour chaque individu de savoir s’il a déjà été exposé à de fortes doses de plomb .

 

Troubles observés en fonction de la plombémie

 

 

 

Effets et symptômes chez l’homme

Les symptômes d'intoxications légères conduisent rarement au diagnostic de saturnisme. Avec l'augmentation du taux de plomb dans l'organisme, les symptômes suivant apparaissent :

  • Nausées, vomissements, diarrhées/constipation, maux de tête, avec fréquente perte d'appétit et de poids ;
  • Apparition d'un goût métallique dans bouche, éventuellement suivi dans les cas d'intoxication forte d'apparition d'un liseré grisâtre ou bleuâtre sur les gencives (très rare chez le jeune enfant, plus fréquent chez l'adulte gravement intoxiqué).
  • Douleurs abdominales (dites « coliques de plomb ») ;
  • Troubles neurologiques, avec réduction des capacités cognitives (difficulté de concentration, trouble de la mémoire), fatigue et comportement léthargique ou au contraire hyperactivité ;
  • Irritabilité ; c'est un symptôme qui a d'abord été constaté en milieu scolaire chez les enfants des régions ou familles exposées. Mais certains auteurs estiment qu'il a été sous-estimé chez l'adulte.
  • Insomnie ;
  • Retard de développement mental chez l'enfant, avec séquelles irréversibles si l'intoxication a concerné l'embryon, le fœtus ou le jeune enfant ;
  • Troubles psychomoteurs : Le plomb affecte les systèmes nerveux central et périphérique, d'abord de manière totalement indolore. Un des premiers signes d'atteinte périphérique (neuropathie chronique) étant une faiblesse des muscles extenseurs de la main (qui apparaît après quelques semaines d'exposition). Si l'exposition perdure ou est élevée, des douleurs articulaires apparaissent, puis une paralysie éventuelle des membres ;
  • Anémie
  • Dysfonctionnement des reins ;
  • Hypertension artérielle ;
  • Thyrotoxicose, avec dépression de la captation d'iode par la thyroïde, et dysfonctionnement de cette glande.
    On observe une élévation de l'hormone
    TSH) ou chute de la thyroxine sérique et libre en cas d'exposition chronique et plutôt quand la plombémie dépasse 60µg/100 mL.
  • Stérilité masculine  ;
  • Perte auditive ;

      Cancers (induit par certaines formes chimiques du plomb) ;

  • Coma puis mort, généralement provoquée par une encéphalite.

Les principales formes d’intoxication

 

 Une cause démontrée de saturnisme de l'adulte et surtout de l'enfant est l'intoxication par de la viande contaminée d'animaux qui ont ingéré du plomb issu des munitions, cartouches (et plus rarement balles) utilisées pour la chasse. Chez les gros oiseaux ( oies et cygnes) le plomb de pêche est aussi une cause significative de saturnisme aviaire, qui peut être source d'intoxication de consommateurs de gibier. Certains champignons sont fortement bio accumulateurs du plomb.

Ceci est aussi le cas pour des espèces marines telles que les huitres , les coquillages , les crustacés et certains poissons .

Le vin rouge serait la principale source de plomb dans l'alimentation des français. Ce pourrait être à cause du plomb désorbé par le bois de chênes des tonneaux, car le jus de raisin n'en contient pratiquement pas.
La
bière contient parfois des taux élevés de plomb, probablement en raison de la fixation du plomb sur les grains d'orge qui ne sont pas lavés avant utilisation.

Un Français moyen absorberait via l'alimentation environ 470 μg de plomb par semaine (DHT de 1.500 μg/semaine).
Ce plomb provient surtout des légumes et des fruits (50 %), du vin, du pain et les pommes de terre (où il peut être plus concentré dans la pelure) ;
Des teneurs parfois très élevées ont été trouvées dans les champignons (dont champignons de Paris) . L'
essence a été une source importante de plomb. Elle est depuis quelques années en forte diminution.

 

 L’air est une source localement importante. La plombémie moyenne a nettement décliné dans la décennie qui a suivi l’interdiction du tétra-éthyle de plomb dans l’essence . Dans les régions industrielles, à proximité d’incinérateurs anciens et non mis aux normes, de certains sites miniers ou d’usines métallurgiques, l’inhalation de vapeurs et microparticules de plomb est une source majeure de plomb à ne pas sous-estimer.

L’eau  du réseau de distribution d'eau potable, là où elle est naturellement acide ou neutre, peut apporter une quantité non négligeable de plomb. L’UE a imposé la suppression progressive de toutes les tuyauteries en plomb. Le plomb dissous dans l'eau peut provenir des tuyaux, mais aussi des soudures et d'accessoires en laiton de mauvaise qualité, riche en plomb lentement soluble dans l’eau. Dans les zones à risque, il est recommandé de faire couler l'eau qui a stagné la nuit dans les tuyaux avant de la boire ou de l'utiliser pour la cuisson.

 

En général , toute carence en calcium chez un individu peut entraîner un saturnisme induit son organisme a stocké une forte quantité de plomb . Il peut donc y avoir un risque en cas de fracture ou de ménopause chez la femme .

Toute fracture entraîne en réponse physiologique une libération (rapide, normale et importante) de calcium dans le sang. Ce calcium est essentiellement prélevé dans les os et doit servir à réparer la fracture . Or c'est dans ces mêmes os que 80 % à 95 % environ du plomb absorbé par le patient a été stocké dans les années et décennies précédentes (le cycle du plomb ou temps moyen de séjour du plomb dans l'os est estimé être de 20 ans chez l'homme).

Ceci explique, que chez un individu ne présentant pas de plombémie anormale avant la fracture ou au moment de la fracture, mais ayant antérieurement stocké du plomb dans les os, un saturnisme puisse être induit par la libération d'une quantité significative de plomb « osseux » dans le sang.

Ce risque est également présent pour le fœtus dans le cas de la femme enceinte puisque celui consomme directement le calcium de sa mère . ( La femme enceinte est donc d’autant plus vulnérable ).

Cette forme de saturnisme peut également être transmis à l’enfant durant la phase d’allaitement puisque dans ce cas , également , la mère subit des pertes importantes de calcium .

Un saturnisme peut également être détecté chez la femme durant la ménopause . En effet , à cette période , la femme tend à perdre du calcium ( ostéoporose ) . Avec le calcium est également libéré le plomb stocké dans les os ,et , il peut en résulter une contamination générale si la dose présente est trop importante .