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Reçu : août 2007 ; Accepté : novembre 2007 étude et Gestion des Sols, Volume 14

Reçu : août 2007 ; Accepté : novembre 2007 étude et Gestion des Sols, Volume 14, 4, 2007 - pages 287 à 303 Devenir des polluants métalliques dans les sols : révélateur d’impacts de l’activité humaine sur la pédogenèse? 287 F. van Oort(1), J. Labanowski(1, 2), T. Jongmans(3) et M. Thiry(4) (1) INRA, UR 251 - PESSAC, Physico-chimie et Ecotoxicologie des Sols d’Agrosystèmes Contaminés, RD 10, 78026 Versailles Cedex (2) UMR CNRS 6008, Université de Poitiers-ESIP, Laboratoire de Chimie et Microbiologie de l’Eau (ex LCEE), 40, avenue du recteur Pineau, 86022 Poitiers Cedex, France (3) WUR, Wageningen University, Landscape Centre, Land dynamics, PO Box 47, 6700 AA, Wageningen, the Netherlands (4) UMR 7619 Sisyphe, Mines Paris, Centre de Géosciences, 35, Rue St Honoré, 77305 Fontainebleau Résumé Les activités anthropiques polluantes peuvent entraîner des changements dans les caractéristiques physico-chimiques des sols, et parfois même affecter l’évolution morphologique du solum. Cependant, des études visant l’observation d’impacts liés à l’introduction de polluants métalliques sur le fonctionnement des sols, sur sa structure et ses traits pédologiques sont peu nombreuses. Dans ce travail, nous avons examiné des organisations macro- et microscopiques et des distributions de métaux dans des sols, sélectionnés en fonction d’un gradient de pollution en combinant des observations de terrain, les microscopies et des analyses chimiques et spectroscopiques. Les sols étudiés sont localisés dans un site pollué s.l. comprenant un ancien complexe métallurgique et son périmètre de sols agricoles. La prise en compte de la continuité d’étude entre le site s.s. et les sols environnants avait été fortement encouragé en 1995 par Michel Robert, travaillant alors au Service de Recherche et Affaires Economiques de Ministère de l’Environnement. Les résultats de ce travail montrent que les impacts de l’activité métallurgique sur les sols sont visibles à toutes les échelles d’étude, avec selon le gradient de pollution, apparition de nouveaux horizons organiques ou minéraux à la surface des sols, stratifications horizontales des horizons de surface témoignant d’un dysfonctionnement faunique, colorations particulières en surface et en profondeur, et formations de nouveaux constituants. Les études du fonctionnement de ces sols, « perturbés » par une activité polluante durant seulement un demi-siècle, montrent la complexité des interactions entre biologie, géochimie et physique dans les sols qui sont trop souvent encore regardés comme des « objets » stables. Mots clés Observation, pollutions métalliques, microscopie, microfluorescence-X, pédogenèse 288 F . van Oort, J. Labanowski, T. Jongmans et M. Thiry Etude et Gestion des Sols, 14, 4, 2007 Summary FATE OF METAL POLLUTANTS IN SOILS : AN INDICATION FOR IMPACTS OF HUMAN ACTIVITIES ON PEDOGENESIS? Human contaminating activities may lead to marked changes in physico-chemical soil characteristics, and in some cases to a modified soil development. Yet, visual assessment of impacts resulting from the introduction of metal pollutants on soil behaviour, soil structure or soil features is poorly documented. In the present work, we examined soil macro- and micromorphology and characteristic related micro-scale distribution patterns on soil profiles selected according to a large gradient of metal pollution. For this we combined field survey, optical and electron microscopy and chemical and spectroscopic analyses. This aspect of continuity of metal pollution between the industrial site and the surrounding agricultural land was strongly supported by Michel Robert, at that time scientific adviser at the French Ministry of Environment. Our results showed that impacts of metallurgical activities in soils are visible at different scales of observation with, depending on the degree of metal pollution, i) formation of new organic or mineral horizons at the soil’s surface, ii) strong superficial layering in the topsoil pointing to a dysfunction of faunal activity, iii) specific mottling both at the soil’s surface and in deeper soil horizons, or iv) formation of new metalliferous soil constituents. Such studies on soil behaviour « disturbance », due to contaminant human activity lasting for hardly 50 years, revealed the complex interaction of geochemistry, physics, and biology in soils that today still too often are looked at as stable « objects ». Key-words Observation, metal pollutions, microscopy, X-ray microfluorescence, soil development Resumen Evolución de los contaminantes metálicos en los suelos : revelador de impactos de la actividad humana sobre la pedogénesis Las actividades antrópicas contaminantes pueden implicar cambios en las características físico-químicas de los suelos, y a veces misma la evolución morfológica del solum. Sin embargo, son poco numerosos estudios que son dedicados a la observación de los impactos ligados a la introducción de contaminantes metálicos sobre el funcionamiento de los suelos, sobre su estructura y sus características pedológicas. En este trabajo, observamos organizaciones macro– y microscópicas y la distribución de los metales en los suelos, seleccionados en función de un gradiente de contaminación combinando observaciones de campo, microscopias y análisis químicos y espectroscópicos. Los suelos de estudio están localizados en un sitio contaminado s.l. que contiene un viejo complejo metalúrgico y su perímetro de suelos agrícolas. La toma en cuenta de la continuidad de estudio entre el sitio s.s. y los suelos circundantes fue fuertemente fomentada en 1995 por Michel Robert que trabajaba al Servicio de Investigación y de Asuntos Económicos del Ministerio del Medio Ambiente. Los resultados de este trabajo muestran que los impactos de la actividad metalúrgica sobre los suelos están visibles a toda las escalas de estudio, con, según el gradiente de contaminación, aparición de nuevos horizontes orgánicos o minerales en superficie de los suelos, estratificaciones horizontales de los horizontes de superficie que muestran un disfuncionamiento fáunico, coloraciones particulares en superficie y en profundidad, y formación de nuevos constituyentes. Los estudios del funcionamiento de los suelos, “perturbados” por una actividad contaminante durante solamente un medio siglo, muestran la complejidad de las interacciones entre biología, geoquímica y física en los suelos que están demasiado a menudo considerado como “objetos” estables. Palabras clave Observación, contaminaciones metálicas, microscopia, microfluorescencia X, pedogénesis. al., 2001, 2003, 2008) et le développement de méthodes géo- physiques non destructives pour la détection des zones polluées (Guérin et al., 2002, 2004). Enfin, cette connaissance du terrain a récemment conduit au choix d’un échantillon de sol contaminé de Mortagne-du-Nord, comme sol de référence commun à plusieurs équipes CNRS, CEA et INRA (Programme National « ToxNuc-E », 2003-2006). DéMARCHE ET OBJECTIFS En hommage au rôle fédérateur qu’a joué Michel Robert dans la formalisation de ce programme, nous développerons ici des travaux concernant les impacts de pollutions métalliques sur la pédogenè- se, en termes de changements dans la nature et la morphologie des sols, et dans l’organisation ou la nature des constituants. En effet, on montre souvent comment les polluants sont altérés, dissous, migrent et/ou se fixent dans les sols ; le sol est considéré comme le support de toutes les transformations, c’est lui qui est l’élément actif et moteur, … il ne subit pas. Les problèmes environnemen- taux sont rarement abordés par « l’autre bout de la lorgnette » : envisager comment les éléments polluants agissent sur le sol et la pédogenèse, comment leur introduction dans le sol modifie son fonctionnement et change même profondément sa structure et ses traits pédologiques. Dans cette note, c’est donc l’observation du sol qui prime, complétée par des analyses chimiques et spectros- copiques. La bibliographie réunit un grand nombre de références issues du programme ‘Geotox-FrichIndus’. Michel Robert avait à cœur l’approche du naturaliste et abor- dait les problématiques environnementales par « l’observation du paysage ». Cette approche a également orienté l’ensemble des études menées entre 1996 et 2007, en marge du programme initial. Deux ans après le décès de Michel Robert disparaissait un autre homme de terrain : Jean Pierre Deffontaines. Pour ce dernier le mot paysage était « ignoré, même maltraité depuis toujours » à l’INRA (Deffontaines, 2006). Mais, curieusement lors du 60e anniversaire de l’INRA, la Présidente Directrice Générale Marion Guillou adressa à l’ensemble du personnel un fascicule intitulé « Petit guide de l’observation du Paysage » (Deffontaines et al., 2006) et exprima ses encouragements à emprunter une démarche « voir, regarder et vouloir comprendre ». Cette diachronie, est-elle le fruit du hasard ou une prise de conscience du manque de regard naturaliste à l’épo- que où les orientations de recherche et les incitations financières encouragent les formalismes mathématiques ? Cette approche naturaliste trouve toute sa légitimité dans le contexte de sols et de sites pollués, puisque ‘observer’ attentive- ment les paysages est fondamental pour ‘lire’ les changements opérés dans l’utilisation des terrains, et imprimés dans les sols au cours du temps. ‘Vouloir comprendre’ commence par le découpage du terrain et la mise en œuvre de stratégies d’échantillonnage adaptées au type de pollution, de manière à poser des bases pour des démarches conceptuelles, mécanistiques et modélisatrices Evaluation d’impacts de pollutions métalliques sur la pédogenèse 289 Etude et Gestion des Sols, 14, 4, 2007 CONTEXTE HISTORIQUE En mai 1995, Michel Robert réunit à Versailles un groupe de réflexion pour élaborer un projet de recherches sur la pollution des sols par les activités industrielles, en réponse à l’appel à pro- position « Friches Industrielles » du Ministère de l’Aménagement du Territoire et de l’Environnement (MATE). Cet appel d’offre visait l’étude de l’état, du uploads/Industriel/ devenir-des-polluants-metalliques.pdf