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Le développement durable à découvert

 | 
Agathe Euzen
, 
Laurence Eymard
, 
Françoise Gaill

Cinquième partie – Incidences des activités humaines sur les milieux

14. Pollutions et transferts à travers les sols

Olivier Atteia

Texte intégral

1Le sol est un élément fondamental des écosystèmes, car il est le support principal de la croissance végétale terrestre. Sa position superficielle en fait aussi le premier réceptacle des rejets d’origine anthropique. De par sa composition, le sol peut jouer le rôle de filtre ou d’accumulateur d’éléments, il est donc indispensable d’étudier les transferts d’éléments au sein de celui-ci pour déterminer le devenir des éléments vers les autres réservoirs, que sont notamment les eaux souterraines et les eaux de surface (cf. V.15).

Climat et végétation

2Le sol est créé par l’altération de roches dites « primaires » (granites, gneiss, calcaires, schistes…) qui vont libérer des éléments minéraux dissous et conduire à la création de minéraux néoformés que sont les argiles. La propriété majeure des argiles, qui les différencie des minéraux primaires, est leur capacité d’échange de cations (CEC*). En particulier, de par leur structure, les argiles retiennent des quantités très importantes de cations minéraux (calcium, magnésium, potassium), qui sont utiles à la croissance des plantes. Donc, plus un sol a une CEC importante, plus il peut jouer le rôle de « tampon », c’est-à-dire retenir des polluants ou retarder une modification de ses propres caractéristiques. Le vecteur de déplacement des éléments dans le sol est l’eau qui s’infiltre.

3Grâce à ses capacités de rétention d’éléments, le sol peut accueillir la croissance des plantes, qui puisent leurs éléments minéraux dans la CEC du sol. Cependant, ces plantes ont aussi une influence notable sur le transfert des éléments. Les racines ont en effet des capacités d’absorption des éléments plus élevées que la rétention par la CEC. Ainsi, sous les forêts de feuillus, les flux de calcium et de potassium, en dessous de la zone racinaire, sont quasiment nuls, car ces éléments sont retenus. Contrairement aux feuillus, les forêts de conifères retiennent moins bien les éléments, et les sols s’appauvrissent donc plus rapidement. La végétation produit aussi de la matière organique* fraîche qui va se transformer en humus* grâce à l’intervention des macro- et microorganismes du sol. Cette matière organique peut avoir une capacité acidifiante selon son origine. Elle va jouer, en s’associant avec les argiles, un rôle majeur dans la structuration du sol, qui, à son tour, est prépondérante dans les transferts d’eau.

Avenir des polluants dans le sol

4Les gaz d’origine anthropique* (dioxydes de soufre et d’azote, oxyde d’azote), provenant de la combustion industrielle ou des transports, sont oxydés dans l’atmosphère et conduisent à la libération de gouttelettes d’acide sulfurique et nitrique. Lors de leur dépôt sur les écosystèmes, sous forme de pluies ou de particules, ces acides vont provoquer une acidification progressive du sol. Dans un premier temps, la végétation peut absorber une partie de cette acidité, mais elle le réalise en extrayant des cations dans le sol, ce qui conduit à son acidification progressive. En raison de la forte capacité de rétention de la CEC, le pH* des sols évolue très lentement, et la composition de la CEC change, tout comme celle de l’eau qui le traverse. Lorsque le sol ne joue plus le rôle de tampon, les eaux qui parviennent aux rivières et aux lacs deviennent à leur tour acides et surtout, elles sont chargées en aluminium libéré par les sols à pH faible, et deviennent toxiques pour les espèces aquatiques. La résistance des sols est, quant à elle, fonction de la présence de calcaire ou d’une CEC chargée en calcium et en magnésium.

Vision synthétique des éléments constitutifs d’un sol et des transferts ayant lieu au sein de celui-ci, selon les éléments impliqués et les caractéristiques du sol

5Les métaux libérés par les activités humaines dans l’atmosphère (plomb, cuivre, zinc…) vont être épandus sur les sols et avoir des comportements assez spécifiques et différents selon les surfaces. De la même manière que les argiles pouvaient « tamponner » l’acidité, elles peuvent aussi retenir les métaux. La matière organique joue alors le rôle de fixateur de métaux, notamment pour le plomb et le cuivre. La rétention des métaux est, en effet, très liée au pH du sol : en milieu acide les métaux, qui sont sous forme de cations, sont peu retenus par les sols, alors qu’en milieu neutre ou alcalin ils sont adsorbés en quasi-totalité (souvent plus de 99,5 %).

6Le cycle de l’azote est particulièrement complexe dans le sol. La matière organique naturelle constitue le stock majeur d’azote. Or, lors de la récolte, une quantité importante de matière organique fraîche est épandue. Selon sa composition, celle-ci peut conduire à un relargage important d’azote en automne, qui va rapidement s’oxyder en nitrates et, en présence de pluies, peut conduire à des teneurs élevées dans les aquifères*. En comparaison, les apports d’engrais minéraux au printemps sur une culture cultivée de façon raisonnée conduiront à des fuites de nitrates négligeables. En fait, la source majeure de nitrates dans les zones impactées provient principalement de l’épandage de fumure organique (lisier, fumier) en trop grande quantité (cf. V.17).

7Les molécules constituant le groupe des pesticides (herbicides*, fongicides, insecticides) sont extrêmement variées et il est impossible de décrire un comportement type. Certaines sont connues pour s’adsorber fortement (coefficient élevé) et se dégrader rapidement, elles seront donc éliminées des sols avant tout transfert en profondeur. À l’inverse, l’atrazine, une des molécules les plus fréquentes dans l’environnement en France, est relativement peu adsorbée et se dégrade mal. Le comportement des molécules organiques dans les sols est assez complexe, car elles interagissent fortement avec les matières organiques naturelles, pouvant même être « immergées » à l’intérieur de celles-ci. Il est parfois difficile de savoir ce que deviennent ces molécules, qui sont assez rapidement invisibles à l’analyse.

8Sur les sites industriels, des pollutions aux hydrocarbures, voire aux solvants chlorés, menacent fréquemment les nappes phréatiques. Lors de leur libération, ces polluants sont présents sous forme d’un liquide organique très mobile et peuvent s’infiltrer très rapidement (en quelques jours). Les quantités résiduelles dans les sols (souvent importantes) sont, soit adsorbées, comme les pesticides, soit volatilisées, conduisant à des vapeurs potentiellement toxiques dans les sols. En raison de leurs concentrations élevées à la source et de leur présence dans les nappes phréatiques, ces polluants font l’objet de techniques de traitement complexe pour les éliminer.

9Les transferts au sein des sols montrent donc une complexité élevée, impliquant une forte interaction entre le climat, le développement des végétaux et les impacts anthropiques. De par sa capacité « tampon » très élevée, le sol a protégé les eaux de surface et souterraines pendant de nombreuses années. Cependant les apports anthropiques actuels et passés ont largement entamé cette capacité de résistance et la vulnérabilité des sols ne cesse d’augmenter, ce qui peut conduire à des effets amplificateurs sur la fragilité des écosystèmes ou sur la qualité des milieux environnants.

Bibliographie

Références bibliographiques

• O. ATTEIA – Chimie et pollution des eaux souterraines, Lavoisier Tec & Doc, 2005.

• O. ATTEIA – Modélisation du devenir des composés organiques dans les aquifères. Lavoisier Tec & Doc, 2010.

Table des illustrations

Légende Vision synthétique des éléments constitutifs d’un sol et des transferts ayant lieu au sein de celui-ci, selon les éléments impliqués et les caractéristiques du sol
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/10790/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 424k

Auteur

Professeur des Universités, Laboratoire Géoressources et Environnement, Fondation INNOVASOL, ENSEGID, Institut Polytechnique de Bordeaux, Bordeaux.
olivier.atteia@ipb.fr

© CNRS Éditions, 2013

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