• Réduire le texte
  • Rétablir taille du texte
  • Augmenter le texte
  • Imprimer

Culture, prairie ou forêt : la pollution métallique évolue différemment dans les sols

Des chercheurs de l'Inra Versailles-Grignon ont étudié la distribution des métaux dans les sols, autour d’un ancien site métallurgique. Ils ont ainsi montré que les teneurs en plomb et en zinc ainsi que leurs répartitions dans les sols, diffèrent selon qu’il s’agisse d’une culture, d’une prairie ou d’une forêt.

Bureau de cartogéo-statistique. Ici carte présentant la pollution en plomb des sols. © MAITRE Christophe
Mis à jour le 18/05/2015
Publié le 18/10/2011

Les préoccupations liées à l’état des sols sont aux croisements des questions de santé publique, de protection de l’environnement et d’utilisation durable de l’espace.

Les chercheurs de l’Inra Versailles-Grignon ont mené leurs études dans une zone agricole située dans le Nord de la France, à proximité (3 km) d’une ancienne usine de métallurgie du zinc. L’activité de ce complexe industriel, arrêtée en 1963, a engendré une pollution importante en métaux (zinc, plomb, cadmium), présente encore aujourd’hui sur l’ancien terrain industriel sous forme de déchets enfouis (environ 20 000 tonnes) et dans les sols et les sédiments des alentours (environ 12 000 tonnes).
Les scientifiques ont comparé la pollution des sols dans trois terrains proches, situés à égale distance de l’ancienne usine : deux terrains agricoles dont l’utilisation est restée inchangée depuis un siècle – une prairie permanente et une culture conventionnelle - et une forêt (hêtre et pin). Ils ont plus particulièrement étudié deux métaux présents dans les poussières atmosphériques émises au cours du temps par l’usine : le plomb (Pb) et le zinc (Zn), car ces deux éléments présentent généralement des aptitudes de transfert contrastées dans les sols.

Culture ou prairie : des quantités de polluants identiques, mais une répartition différente 

Les quantités d’éléments métalliques d’origine industrielle mesurées sur un mètre de profondeur, sont comparables dans les deux sols : 17,3 et 19,1 g Pb par m3 ; 44,6 et 46,3 g Zn par m3 sous culture ou prairie, respectivement. Ces quantités s’additionnent au contenu naturel de ces sols en métaux (14,5 g Pb par m3 et 45 g Zn par m3). Ainsi, dans les deux sols étudiés, les quantités d’éléments métalliques sont constituées pour moitié environ de métaux issus de l’activité métallurgique.
Par contre, leur répartition verticale est très différente. Leurs concentrations diminuent en fonction de la profondeur du sol mais, sous prairie, elles sont plus faibles en surface. Le plomb est présent à de plus grandes profondeurs dans le sol de prairie, comparé au sol de culture.

Une répartition verticale des polluants liée à l’activité biologique des sols 

Les chercheurs ont étudié la distribution du Zn, du Pb et de la matière organique par analyse chimique, ainsi que les caractéristiques morphologiques des sols par microscopie optique : en surface des deux sols, on observe que des quantités importantes de Zn et Pb se retrouvent dans les agrégats de très petite taille (entre 2 et 20 µm). Ces agrégats résultent surtout de l’activité microbienne et racinaire des sols.
Cependant, dans le sol sous prairie, une proportion importante de ces métaux est également mise en évidence dans des agrégats plus grands (50-100 µm) et jusqu’à 80 cm de profondeur. Ces agrégats sont caractéristiques de l’activité de la faune du sol, notamment des vers de terre, plus nombreux sous prairie (environ 400 individus par m2) que dans le sol cultivé (environ 50 individus par m2).

Différents mécanismes d’incorporation des métaux dans les sols 

Dans les deux sols, le Zn migre dans la solution du sol sous forme d’ions libres ; il est intercepté et retenu en profondeur par des constituants spécifiques (argiles et oxydes de fer). De plus, dans le sol sous prairie, les vers de terre ingèrent en surface la terre qui contient des métaux ; ils rejettent en profondeur leurs déjections et contribuent ainsi à incorporer le Pb et le Zn en profondeur, et donc, à diminuer leurs teneurs en surface.

Pour la forêt, davantage de plomb et moins de zinc 

Dans le sol de forêt, la quantité de Pb attribuée à la pollution est supérieure à celle des sols agricoles (environ 25 g par m3). Par contre, la quantité totale de Zn ne représente qu’environ 20 % de celle des sols agricoles. Ceci s’explique par le fait que la partie la plus élevée des arbres - appelée canopée – soumise aux vents dominants, filtre l’atmosphère et concentre les éléments métalliques. Ceux-ci arrivent au sol à la faveur des pluies ou de la chute des feuilles. Mais dans les conditions acides des sols de forêt, le Zn est entraîné par les eaux pluviales vers la nappe phréatique, contrairement au Pb qui s’accumule en surface.

Mesurer le poids du passé pour préparer l’avenir 

Ainsi, en 2003, soit 40 ans après que l’usine ait cessé son activité métallurgique, dans le sol de culture, 92 % du Pb et 60 % de Zn apportés aux sols sous forme de poussières sont encore présents en surface et susceptibles d’être mobilisés lors du labour. Dans le sol sous prairie, 80 % du Pb et seulement 40 % du Zn se retrouvent encore en surface. Enfin, sous forêt, seul 20 % du Zn subsiste, le reste ayant été entraîné vers la nappe phréatique.
Une meilleure compréhension de la dynamique des polluants métalliques dans les sols passe donc nécessairement par la prise en compte de l’occupation et plus largement de la gestion des sols, selon qu’ils sont dévolus à un usage agricole ou forestier.

Références

F. van Oort et al. Pollutions métalliques : distributions hétérogènes du Zn, Pb, Cd, et Cu et relations avec l'usage des sols. In : Contaminations métalliques des agrosystèmes et écosystèmes péri-urbains.Éditions Quae. 2009.  P. Cambier, C. Schwartz & F. van Oort (coord.), Versailles, France, p. 15.

C. Fernandez et al.  2010. Fate of airborne metal pollution in soils as related to agricultural management: 2. Assessing the role of biological activity in micro-scale Zn and Pb distributions in A, B and C horizons. European Journal of Soil Science 61: 514.