Spéciation chimique
La spéciation chimique d’un élément est sa répartition entre les différentes espèces chimiques définies présentes dans un système. Ces espèces peuvent différer par leur composition isotopique, leur état d’oxydation, leur état électronique ou leur structure moléculaire et complexée. Une concentration totale identique peut ainsi correspondre à des réactivités, mobilités et toxicités très différentes.
Formes dissoutes et associées
Dans l’eau, un métal peut exister sous forme d’ion libre hydraté, de complexe avec un ligand minéral ou organique, d’espèce hydrolysée, de précipité ou de fraction associée aux particules et aux colloïdes. Le terme « dissous », défini par une filtration opérationnelle, ne désigne donc pas une espèce chimique unique. De même, une fraction extraite par une méthode analytique ne constitue pas nécessairement une espèce moléculaire identifiée.
Le pH, le potentiel d’oxydoréduction, la température, la force ionique, la composition en ligands et la présence de surfaces minérales ou de matière organique contrôlent les équilibres. Une variation du milieu peut déplacer rapidement la distribution : l’ammoniac non ionisé et l’ion ammonium, ou différentes formes de métaux traces, n’ont pas la même capacité à traverser les membranes biologiques.
Spéciation, analyse et modélisation
La spéciation désigne la distribution elle-même. L’analyse de spéciation est l’activité consistant à identifier et à quantifier une ou plusieurs espèces ; elle se distingue de la fractionation, qui classe un analyte selon des propriétés opérationnelles telles que la taille ou la solubilité. Cette distinction évite d’attribuer une identité chimique précise à une fraction obtenue par filtration ou extraction seule.
La distribution peut être mesurée par des méthodes séparatives couplées à une détection élémentaire, ou calculée à partir d’équilibres thermodynamiques et de concentrations mesurées. Un modèle n’est fiable que si sa base de constantes, les phases solides possibles et les conditions du milieu sont adaptées. Les échanges lents, les colloïdes et les systèmes hors équilibre peuvent limiter une représentation purement thermodynamique.
En écotoxicologie, la spéciation aide à interpréter la biodisponibilité sans s’y substituer : l’absorption dépend aussi de l’organisme, de la voie d’exposition et de la cinétique. Un chélateur peut réduire l’activité de l’ion libre, mais certains complexes restent assimilables ou se dissocient au voisinage d’une surface biologique.