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Pollutions et risques (I)

Risque = f (D,T,C)

Avec:

•D présence d’un polluant toxique

•T mode de transfert (mobilité des polluants)- Dépend du polluant- Dépend de la nature du sol considéré

•C présence d’une cible

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Bioaccumulation: accumulation progressive d’un polluant dans un même organisme suite à des expositions répétées.

Bioamplification: accumulation progressive de polluant au sein de la chaîne alimentaire

Pollutions et risques (II)

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Plan du cours

I) Introduction: Sciences du sol

II) Pollution des sols

• introduction• les différents types de polluants et leurs sources• modes de transfert et transformation des polluants dans les sols• exemples de contamination des sols• les pollutions industrielles

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SOL : partie superficielle meuble de l ’écorce terrestre soumise à l ’action des agents climatiques et des êtres vivants (végétaux, µorganismes, animaux)

• Fraction Minérale

• Fraction Organique

Présence des 3 phases : liquide, solide, gazeuse

La phase solide

Les constituants du sol

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Les constituants du sol: fraction minérale

Minéraux primaires issus de la roche mère(Principalement des minéraux silicatés)

Altération chimique des sols

Minéraux secondaires(Argiles, Oxydes)

• Colloïde (< 1 µm)• Fortes capacités d’adsorption

Altération physique des sols

(désagrégation)

Minéraux primairesdésagrégés

•Grosses particules•Faibles capacités d’adsorption

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Les constituants du sol: fraction organique

Matière Organique Fraîche

CO2 ,SO42- ,PO4

3- NO3-

,NH4+

Substances humiques

•Macromolécules organiques•Nature colloïdale•Capacité de fixation des cations et des pesticides

CO2 ,SO42- ,PO4

3- NO3-

,NH4+

Humification

Minéralisation primaire(rapide)

Réorganisation

Minéralisation secondaire(lente)

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L’eau dans le sol

Eau souterraine

Eau de précipitation

• eau de ruissellement• eau de gravité• eau retenue

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Pluies

Eauretenue

capillaire

liée

Racines

Eau degravité

Nappe perchée

Eau de ruissellement

Drainage profond

Nappe phréatique profonde

Remontéecapillaire

Horizonimperméable

Evap.

Evap.

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Conclusion

• Circulation eau lente- eau capillaire- eau gravitaire à écoulement lent

(sol argileux)

• Circulation eau rapide- eau gravitaire à écoulement rapide

(sol sableux, fissure)

Le sol joue le rôle de filtre et de réacteur biologique et physico-chimique

Risque de pollution

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II) Pollution des sols

• Introduction et définition

• Sources de pollution

• Comportement et transferts des polluants dans le sol

• Quelques exemples de pollution des sols

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« La pollution est une modification défavorable du milieu naturel qui apparaît comme le sous-produit d’une action humaine, au travers d ’effets directs et indirects. Ces modifications peuvent affecter l ’homme directement ou au travers de ressources en produits agricoles, en eau, et autres produits biologiques. Elles peuvent aussi l ’affecter en altérant les objets physiques qu ’il détient, les possibilités recréatrices du milieu ou encore en enlaidissant la nature »

La pollution des sols

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Définition

• Polluant: Toute substance d’origine naturelle ou anthropique qui s’accumule dans le sol et modifie l’équilibre naturel de ce dernier à la suite d’une intervention humaine.

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Lithosphère

Activités humainesBiosphère

Hydrosphère

Atmosphère

Circulation des polluants

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Les voies d’exposition sol-homme

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•Pollutions diffuses

•Pollutions ponctuelles- pollutions accidentelles

- pollutions chroniques

Les types de pollution

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Pollutions diffuses: caractéristiques

– Concentrations faibles– Surfaces élevées– Origine mal définie– Risque à court et long terme– Difficile à réhabiliter

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Exemples de pollution diffuse

• Nitrates• Métaux lourds• Phosphates• Pesticides• Acidification des sols (pluie acides)• Augmentation des gaz à effet de serre (NO2, CO2)

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Pollutions diffuses: état des lieux

• Duda, 1993:– 30 à 50 % des surfaces terrestres sont

affectées par la pollution diffuse• USEPA, 1994:

– 80 % des rivières et plans d ’eau affectés

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Pollutions ponctuelles

– Concentrations très élevées– Surface affectée faible– Source de la pollution bien définie– Risque à court terme – Pollution plus facile à réhabiliter

Pollution accidentelleAccident industriel,….

Pollution chronique: Apport de polluant sur delongues périodes

Fuites sur conduites ou réseaux enterrés, cuvette de stockage, lixiviats de déchets

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Les grands types de polluants (I)

• Azote (Nitrates)• Phosphore (Phosphates)• Éléments traces métalliques (Cu, Pb, As, Zn, …)• Radionucléïdes

Polluants minéraux

• Pesticides • Hydrocarbures aliphatiques• PCB (isolants des transformateurs électriques, encres d’imprimerie,

peinture). Production interdite depuis 1977• Hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP)

• Combustion de carburants (véhicule et chauffage)

Polluants organiques

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• Polychlorodibenzo-dioxines (PCDD) et Polychlorodibenzo-furanes(PCDF)• Combustion de produits organiques chlorés (incinérateur de

déchets)• Composés organiques volatils (COV)

• Activités industrielles• Dégraissage de pièces métalliques en métallurgie• Fabrication d’adhésifs• Nettoyage de vêtements• Solvants (trichloroéthane, trichloréthylène,….)• Combustibles dérivés du pétrole (benzène, toluène, éthylbenzène,

xylènes)

Polluants organiquesLes grands types de polluants (II)

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Les sources de pollution- Engrais

- Azote, phosphore, éléments traces métalliques- Traitements phytosanitaires

- Organochlorés (interdits), organophosphorés, carbamates, .- Métaux (cuivre)

- Épandage de boues de STEP- Métaux (Zn, Pb, Cd), polluants organiques (PCB, HAP,…)

- Lisiers- Métaux (Zn, Cu)

- Axes routiers- Hydrocarbures (aliphatiques, aromatiques)- Métaux

- Composts urbains- Métaux (Zn, Cu, Pb)

- Retombées atmosphériques (centres industriels, chauffage urbain, circulation automobile, UIOM)- Métaux- Polluants organiques (HAP, PCB, PCDD, PCDF)

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Modes de transfert et transformation des polluants dans les sols: schéma de synthèse

Ruissellement

Lessivage

Evaporation

(Bio) dégradation

Prélèvement plante A

Aquifère

C

B

DissousTFC

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Transfert de polluants adsorbés par ruissellement : érosionDétachement abrasion / sédimentation

• L'érosion à tendance à transporter préférentiellement les particules les plus fines, qui sont également les particules les plus réactives.

Modes de transfert et transformation des polluants dans les sols: ruissellement

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• Transformations chimiques (hydrolyse, oxydo-réduction, transformations photochimiques…)

• Attention: La dégradation d’un polluant n’est pas forcément synonyme d’une diminution du risque car les produits de cette dégradation peuvent avoir une toxicité égale voire supérieure à la substance d’origine

• dégradation photochimique des hydrocarbures dans l’atmosphère

• dégradation des PCB dans les eaux souterraines

Chlorure de vinyle (C2H3 Cl)

Modes de transfert et transformation des polluants dans les sols

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Quelques exemples de contaminations des sols

•Azote

•Phosphore

•Pesticides

•Eléments traces métalliques

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N2 atmosphérique

Matière organiquedu sol

Plantes

Nappes Hydrosphère

Ammonium(NH4

+)

Fixation industrielle(engrais)

Fixation biologique

Nitrates(NO3

-)

NitrificationImmobilisationAssimilation

Dénitrification

DénitrificationErosion

Minéralisation Assimilation

Lixiviation

Volatilisation

Dépôtsatmosphériques

SOLN2

N2

Cycle général de l ’azote

Aquifère

Les pollutions diffuses par les nitrates (I)

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• toxicité des nitrites (NO2-)

hémoglobine (Fe2+)→ méthémoglobine (Fe3+)Phénomène accentué pour les nourrissons

• pouvoir cancérigène des nitrates pas établi

• transformation possible en nitrosamines(cancérigènes) dans les intestins

Les pollutions diffuses par les nitrates (II):toxicité

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Pollutions des sols → pollution des eaux

• 55% agriculture• 35% activité domestique• 10 % industrie

• Norme de 50 mg/L souvent dépassée dans certaines régionsPollutions des sols→ contamination des végétaux

• laitues plantées en terre sans excès de nitrates: 0.1% d’azote nitrique/poids sec

• laitues plantées dans un sol ayant reçu 600 kg de nitrates/ha/an: 0.6% d’azote nitrique

• épinards: nitrates 1.37g/kg (USA), 3.5 g/kg (Allemagne)

Les pollutions diffuses par les nitrates (III)

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Algues

Etape 1

Etape 4Etape 3

Etape 2

Nutriments P,N,..

Apparitiond ’unechimiocline

Sédiments riches en matière organique

Rapprochemment de la chimiocline

Vases

Eutrophisation des eaux

31

32

33

• USA: 20% du territoire

• France: 35% du territoire (19 millions d ’hectares)

Nature des pesticides- Insecticides

- Fongicides

- Herbicides

- Rodenticides (rongeurs)

- Nématocides (nématodes)• Plus de 200 composés organiques de synthèse(900 aux USA , 60 000 préparations commerciales)

Les pollutions par les phytosanitaires (I)

34

Valeur comparée de la croissance de la production agricole et de celle de l’usage des pesticides entre 1970 et

1990

Les pollutions par les phytosanitaires (II)

35

Devenir des produits phytosanitaires après épandage

Les pollutions par les phytosanitaires (III)

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•Sources naturelles

Fonds géochimique

•Oxydes •Carbonates

Peu altérables Facilement altérables

Métaux présents dans les minérauxprimaires

•Silicates •Sulfures

Anomalies géochimiquesGisement exploitable

Eruption volcanique

Les pollutions par les ETM (I)

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•Sources anthropiques• Engrais

• Pesticides: bouillie bordelaise (1 million d ’hectares de vignes contaminés), fongicides mercuriels (golfs, rizières)

• Epandage de boues résiduaires, lisiers, compost d ’ordure ménagère

•Automobile (usure des pneus contenant du zinc et du cadmium)

•Usines métallurgiques, exploitations industrielles

•Atmosphérique (mesure du plomb dans les glaces du pôle: Rome antique)

Pas d ’augmentation du stock de métaux mais augmentation des formes mobilisables

Les pollutions par les ETM (II)

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Pollution des sols français par les métaux lourds

Les pollutions par les ETM (III)

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Plomb: anémie, lésions du système nerveux, déficiences intellectuelles(saturnisme). Responsable de la décadence de l ’empire romain (vaisselle et canalisations en plomb) ?

Cadmium: troubles de la respiration, atteinte grave du rein, perturbateur endocrinien (?)

Mercure:Hg (hydrargyrum= argent liquide) atteinte du système nerveux central (hydrargisme). Tremblement mercuriel: modification de l ’écriture, rétrécissement du champ visuel, mauvaise coordination des mouvements.Le méthylmercure peut passer la barrière placentaire.

« travailler du chapeau » : intoxication par le mercure des fabricants de chapeau en feutre (cas de délire)

Nickel: inflammation des muqueuses et des organes respiratoires, allergène

Les pollutions par les ETM (IV): toxicité

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Les métaux traces et les plantes

Réaction différente selon la variété-dépérissement

-tolérance-accumulation

•Les ETM sont absorbés par les racines

•Passage dans les parties aériennes suivant le métal et la variété de la plante

Phénomènes relativement mal compris

Les pollutions par les ETM (V)

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P l a n t e s C a d m i u m Z i n c C u i v r e N i c k e lF o r t e m e n ta c c u m u l a t r i c e s

C a r o t t eL a i t u e

E p i n a r d

C a r o t t e C h o u

M o y e n n e m e n ta c c u m u l a t r i c e s

C h o uC é l e r i

M a ï sB e t t e r a v e

L a i t u e ,b e t t e r a v e

B e t t e r a v e

F a i b l e m e n ta c c u m u l a t r i c e s

B e t t e r a v e P o i r e a u

C é r é a l e s ,p o i r e a u x

P o m m e s d e t e r r eC h o u

E p i n a r d

C é r é a l e sM a ï s

P o m m e s d e t e r r eT r è sf a i b l e m e n ta c c u m u l a t r i c e s

C é r é a l e sM a ï s

P o m m e s d et e r r e

P o m m e s d e t e r r e

Aptitude à l ’accumulation de quelques plantes

Source ADEME

En général très peu d ’accumulation de plomb par les plantes

1) BioindicateursBiosurveillance dans les zones à risque

2) Phytoremédiation

Les pollutions par les ETM (VI)

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Les contaminations des sols industriels et urbains

- plusieurs centaines de milliers de sites pollués- plusieurs dizaines de milliers de sites « à nettoyer »

« Un site pollué est un site dont le sol, le sous-sol ou les eaux souterraines ont été pollués par d ’anciens dépôts de déchets ou l ’infiltration de substances polluantes, cette pollution étant susceptible de provoquer une nuisance ou un risque pérenne pour les personnes ou l ’environnement »

Académie des sciences (2000)

Ministère de l ’environnement (1994)

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• Le site n’est pas pollué « dans l’absolu »

• Il est pollué par rapport à son usage actuel ou futur

Approche par usage

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2 questions se posent

• Comment gérer les conséquences du passé industriel?

• Comment préserver l’avenir de nouvelles pollutions chroniques ?

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Les axes d’actions de la politique nationale

• Prévenir

• Traiter/Réhabiliter

• Connaître

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Prévenir• Etude d’impact

ICPE soumises à autorisation ou déclaration

• Mise en place de dispositifs de rétention et de confinement

Étude d’impact

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Les installations classées (I)

ICPE: installation classée pour la protection de l’environnement = installation pouvant présenter des risques ou des nuisances pourl’environnement

• Toutes les activités industrielles ou agricoles peuvent être concernées (public ou privé)• 500 000 installations soumises à déclaration en France• 50 000 soumises à autorisation• 500 classées « Seveso »

Toute nouvelle activité (installation, extension d’un processus,changement ….) ou remise en état d’un site (notamment en cas de changement d’exploitant) doit faire l’objet d’une déclaration à la préfecture ou d’une autorisation préfectorale

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Traiter/ Réhabiliter

• Mesures simples à prendre en urgence: • clôture du site• enlèvements des fûts stockés à l’air libre

• L’engagement d’études plus ou moins lourdes ne doit jamais conduire à retarder de telles actions

• Les mesures de surveillance et les travaux de dépollution réalisés sur un site visent à:

• prévenir l’apparition ou la persistance de risques ou nuisances pour l’homme ou l’environnement. Ils tiennent évidemment compte de l’usage auquel le détenteur du site le destine.

• Lorsqu’un site a été traité pour un usage donné, il faut veiller à ce qu’il ne soit pas ultérieurement affecté à un nouvel usage incompatible avec la pollution résiduelle.

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• Inventaire ICPE

• Inventaire des sites pollués connus (BASOL)

• Inventaire des anciennes activités industrielles et activités de service (BASIAS)

Recenser

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Alsace 240 6.44 %Aquitaine 200 5.37 %Auvergne 65 1.74 %Bourgogne 77 2.07 %Basse Normandie 61 1.64 %Bretagne 59 1.58 %Centre 144 3.86 %Champagne Ardenne 151 4.05 %Corse 5 0.13 %Franche Comte 79 2.12 %Guadeloupe Guyane Martinique 16 0.43 %Haute Normandie 193 5.18 %Ile de France 369 9.90 %Limousin 40 1.07 %Lorraine 270 7.24 %Languedoc Roussillon 76 2.04 %Midi Pyrenees 179 4.80 %Nord Pas de Calais 511 13.71 %Provence Alpes Cote d'Azur 148 3.97 %Pays de la Loire 92 2.47 %Picardie 168 4.51 %Poitou Charentes 58 1.56 %La Réunion 13 0.35 %Rhone Alpes 512 13.74 %Tom 1 0.03 %

3727 100.00 %

Base de données BASOL sur les sites et sols pollués (ou potentiellement pollués) appelant uneaction des pouvoirs publics, à titre préventif ou curatif

Répartition géographique des sites pollués

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Industrie chimique, parachimique, pharmaceutique 16,9 %Industrie des métaux ferreux 19,5 %Traitement et élimination des déchets 15,6 %Industrie du pétrole et du gaz naturel 12,9 %Cokeries et usines à gaz de ville 12,0 %Industrie des métaux non ferreux 6,0 %Autres activités 14,5 %

Activités sources de pollution

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Hydrocarbures 39.23 %H.A.P 16.85 %Pb 17.17 %Zn 10.44 %Solvants halogénés 13.90 %Cr 14.54 %Cu 13.55 %As 11.46 %Ni 9.39 %Cd 6.06 %

Principaux polluants rencontrés

Une pollution des sols ou d’une nappe d’eau souterraine est constatée dans 70.07 % des cas, soit 2617 cas.

En terme d’occurrence, les 10 principaux polluants constatés (seuls ou en mélange) sont les suivants :

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Une substance dans le sol, par l’effet de différents mécanismes (eau de ruissellement, volatilisation, absorption par les plantes,...), peut devenir mobile et ainsi atteindre l’homme, un écosystème, une ressource en eau,..

On voit ainsi qu’un polluant dans les sols peut avoir divers impacts, selon les voies de transfert et d’exposition des cibles qui seront engagées ( mais aussi ne pas en avoir).

Parmi les sites de l’inventaire, 1568 (42.07 %) ont un impact constaté, 633 (16.98 %) sont sans impact, le reste étant indéterminé.

Impacts constatés

Captage AEP arrêté 46 1.91 %Teneur anormale :- dans les eaux souterraines 1407 58.31 %- dans eaux superficielles et/ou dans les sédiments 257 10.65 % - dans les végétaux destinés à la consommation humaine ou animale 19 0.79 %- dans les animaux destinés à la consommation humaine 3 0.12 %Plaintes concernant les odeurs 44 1.82 %Santé 4 0.17 %Sans impact 633 26.23 %Total 2413 100.00 %

Le tableau ci-après récapitule les différentes sortes d’impact qui ont été constatées, avec leur occurrence