Le sol et l’environnement

Ce n’est que récem­ment et sou­vent à la suite de la mise en évi­dence de la pol­lu­tion des sols par les activ­ités indus­trielles ou agri­coles que l’on a pris con­science de l’im­por­tance des autres fonc­tions du sol et de la néces­sité de les sauvegarder.

Nous allons surtout insis­ter après avoir fait une brève présen­ta­tion du sol sur ce rôle essen­tiel du sol comme inter­face dans l’en­vi­ron­nement vis-à-vis des prin­ci­pales pol­lu­tions d’o­rig­ine anthropique.

Présentation du sol

Si on se réfère à l’ISO, le sol est la couche supérieure meu­ble de la croûte ter­restre com­posée de par­tic­ules minérales, de matière organique, d’eau, d’air et d’or­gan­ismes vivants.

L’é­pais­seur du sol peut être vari­able et aller de quelques cen­timètres jusqu’à 1 à 2 mètres en moyenne (pho­to ci-dessus) ou plusieurs dizaines de mètres dans les zones tropicales.

Nous n’in­sis­terons pas ici sur la grande diver­sité des sols (Duchauf­four 1998) au niveau du ter­ri­toire ou au niveau mon­di­al, mais en présen­terons les car­ac­téris­tiques essen­tielles qui les dif­féren­cient de leur roche d’o­rig­ine et en font un sup­port excep­tion­nelle­ment réac­t­if. C’est tout d’abord un sys­tème extrême­ment organ­isé depuis le bassin ver­sant, le pro­fil (tranche ver­ti­cale de sol), l’hori­zon (couche homogène du sol par­al­lèle à la sur­face se dif­féren­ciant par sa couleur, sa struc­ture, com­po­si­tion…), la motte, les agré­gats et enfin les constituants.

Cette organ­i­sa­tion se traduit par l’ex­is­tence d’une porosité très impor­tante, en générale voi­sine ou supérieure à 50 %. Seules par­mi les roches, la craie et la lave de Volvic peu­vent avoir une porosité analogue.

La porosité peut être occupée soit par de l’eau soit par de l’air. Ceci con­stitue donc un milieu de vie excep­tion­nel pour les racines, la faune ou la microflo­re (bac­téries-champignons).

En dehors des con­sti­tu­ants pri­maires issus de la roche mère (sil­i­cates car­bon­ates…) le sol comprend :

• des con­sti­tu­ants sec­ondaires minéraux for­més lors de la pédo­genèse à par­tir des minéraux pri­maires, ce sont les argiles, oxy­des, hydroxydes ;
• des con­sti­tu­ants organiques (“ matière organique ”) for­més à par­tir des résidus végé­taux et ani­maux, appelés humus.

Ces con­sti­tu­ants sec­ondaires ont des pro­priétés exceptionnelles :

• de sur­face : 100 à 800 m²/g, pour les argiles, 200 à 400 m² pour l’humus,
• ou de charge : 1 à 4 équiv­a­lents par kg de sol, per­me­t­tant la réten­tion des cations (Ca, Mg, K…).

Enfin le sol est un milieu vivant et l’on trou­ve dans les hori­zons de sur­face (30 cm d’é­pais­seur) plus de 10⁷ bac­téries par gramme, 10⁵ champignons dévelop­pant des sur­faces impor­tantes grâce à leurs hyphes, etc.

Une illus­tra­tion macro­scopique au niveau du cen­timètre car­ré (ci-con­tre) per­met de mon­tr­er aus­si l’abon­dance des racines et de la faune qui vont représen­ter plusieurs tonnes par hectare de terre. On invoque tra­di­tion­nelle­ment le rôle des vers de terre capa­bles de ” labour­er ” plusieurs tonnes de terre par hectare et par an, mais les micro-organ­ismes ont le rôle essen­tiel dans les trans­for­ma­tions biochimiques.

Ain­si le sol appa­raît donc comme un véri­ta­ble réac­teur chim­ique et biologique ceci grâce à un milieu physique favor­able (la porosité) qui va être le plus sou­vent aérobie.

Le sol une interface dans l’environnement

La fig­ure ci-après présente bien cette posi­tion d’in­ter­face. Le sol se forme à par­tir d’une roche et donc se situe au-dessus de la lithos­phère, et il fait par­tie inté­grante de la biosphère ; il se situe entre l’at­mo­sphère et les eaux super­fi­cielles ou de nappes ; il est le sup­port direct des écosys­tèmes naturels, de l’a­gri­cul­ture, ou des divers­es activ­ités humaines (villes — trans­ports — indus­tries). Il va donc du fait de cette posi­tion être le récep­teur de toutes les pol­lu­tions d’o­rig­ine naturelle ou anthropique et assur­er leur trans­fert, leur accu­mu­la­tion ou leur atténu­a­tion. C’est ce que nous allons illus­tr­er avec quelques exemples.

Les pollutions atmosphériques ou les interactions sol-atmosphère

Les pluies acides

Elles sont liées à l’ac­croisse­ment depuis 1900 des émis­sions de SO₂ ou N0₂ provenant en majorité de l’in­dus­trie ou des trans­ports. Le pH de l’eau de pluie est très sou­vent com­pris entre 4 et 5, voire inférieur à 4. Au niveau de la planète, c’est le sol qui con­stitue le meilleur milieu tam­pon et qui empêche l’acid­i­fi­ca­tion exces­sive des écosys­tèmes ou de l’eau, où les tox­i­c­ités (en par­ti­c­uli­er alu­miniques) peu­vent se faire sen­tir. Au niveau des con­ven­tions inter­na­tionales de Genève qui lim­i­tent les émis­sions acides on se sert ain­si de cartes de ” charge cri­tique ” exprimée en kg eq/H + /ha/an pou­vant être sup­port­ée par les sols. Les sols acides dévelop­pés en général sur roches mères acides ont des valeurs de charges cri­tiques très faibles (0 à 20), les sols limoneux des valeurs moyennes et les sols cal­caires des valeurs élevées.

Les prob­lèmes de dépérisse­ment des forêts ou d’acid­i­fi­ca­tion exces­sive des eaux super­fi­cielles se man­i­fes­tent dans les pays nordiques où les sols sont acides. En France, les sols des Lan­des et des mas­sifs cristallins ont des charges cri­tiques faibles. Dans les Vos­ges une cor­réla­tion a été établie entre les risques de mor­tal­ité chez la tru­ite (par tox­i­c­ité) et les charges cri­tiques des bassins versants.

En agri­cul­ture, on com­pense cette acid­ité par le chaulage péri­odique du sol.

Les sols et l’ef­fet de serre

Le sol peut être à la fois une source de gaz à effet de serre ou un puits. Pour le méthane, les sols humides et les riz­ières qui fonc­tion­nent en anaéro­biose sont la source prin­ci­pale au niveau de la planète. Il en est de même pour N₂O issu de la dénitrification.

Dans le cas du CO₂, les sols con­stituent avec plus de 1 500 mil­liards de tonnes de C (giga­tonnes) le prin­ci­pal stock présent dans la couche super­fi­cielle du globe. Présent dans la matière organique par­ti­c­ulière­ment abon­dante dans les sols de forêt et de prairie, leur mise en cul­ture lors du développe­ment de l’a­gri­cul­ture s’est traduite durant les cinquante dernières années par une émis­sion impor­tante de CO₂ (plus de 40 giga­tonnes) qui s’est accom­pa­g­née sans doute d’une cer­taine dégra­da­tion des sols (pro­priétés physiques, chim­iques et biologiques). L’u­til­i­sa­tion de nou­velles pra­tiques cul­tur­ales, en par­ti­c­uli­er au niveau du labour qui par­ticipe à la minéral­i­sa­tion de la matière organique pro­tégée, pour­rait invers­er cette évo­lu­tion avec une séques­tra­tion du car­bone dans les sols. Les quan­tités pou­vant être fixées peu­vent être nota­bles (1 à 2 gt/an au niveau mon­di­al) avec des con­séquences sur la pro­tec­tion de la ressource en sol et de l’environnement.

Les pollutions diffuses liées à l’agriculture

Le sol joue un rôle d’in­ter­face vis-à-vis des fer­til­isants (nitrates, phos­phates) et des pes­ti­cides (pro­duits employés pour lut­ter con­tre les mal­adies des cul­tures) dont l’ap­port a forte­ment aug­men­té avec l’in­ten­si­fi­ca­tion de l’agriculture.

L’ap­port de nutri­ment (NO₃ — PO₄) au sol même en excès ne représente pas une nui­sance ou une pol­lu­tion sur le sol mais seule­ment pour l’eau où un excès se traduit par une eutrophi­sa­tion avec développe­ment d’algues.

Les sols lais­sent en général pass­er les nitrates (anion peu act­if et donc peu fixé) avec quand même des modal­ités dif­férentes selon l’é­pais­seur et la nature des sols.

Le pas­sage dans l’eau super­fi­cielle peut être rapi­de durant la péri­ode de sat­u­ra­tion des sols en hiv­er. C’est le cas des sols de Brie où l’eau en excès et les nitrates sont drainés vers la Marne.

En Cham­pagne la craie trans­fère lente­ment les flux de nitrates (à rai­son de 50 cm par an) vers la nappe, encore non pol­luée, située à quelques dizaines de mètres de pro­fondeur. Dans les sols des Lan­des les con­di­tions per­me­t­tent une trans­for­ma­tion de NO₃ en N₂O et donc une épu­ra­tion des eaux avec pol­lu­tion de l’at­mo­sphère (N₂O est un gaz à effet de serre). En Bre­tagne épandage de lisiers rich­es en azote et fer­til­i­sa­tion se cumu­lent pour enrichir les eaux lit­torales en nitrate avec développe­ment des ulves (macroalgues).

Con­traire­ment aux nitrates, les phos­phates sont forte­ment insol­u­bil­isés dans les sols.

Le risque prin­ci­pal de par­tic­i­pa­tion des sols au phénomène d’eu­trophi­sa­tion (encore sous la dépen­dance prin­ci­pale de l’u­til­i­sa­tion de déter­gents) des lacs et riv­ières provient de la mobil­i­sa­tion des phos­phates, fixés sous forme par­tic­u­laire, lors de l’érosion.

De fortes accu­mu­la­tions sont en train de se con­stituer dans les hori­zons super­fi­ciels des sols dans les zones d’él­e­vage et d’é­pandage de lisiers.

Les pes­ti­cides apportés générale­ment sur les cul­tures se retrou­vent d’abord en forte pro­por­tion dans l’air qui con­stitue la prin­ci­pale voie de pol­lu­tion dif­fuse (ci-dessous) ; présents à la sur­face du sol ils peu­vent être entraînés par ruis­selle­ment et éro­sion si des pluies survi­en­nent peu de temps après l’ap­port : ce sera la prin­ci­pale voie de con­t­a­m­i­na­tion des eaux.

Par con­tre si les pes­ti­cides pénètrent dans le sol, la majorité sera fixée en général par la matière organique (en con­sti­tu­ant ce que l’on appelle des résidus liés) ou biodé­gradée par les micro-organ­ismes. Un des risques de pol­lu­tion du sol est en liai­son avec le devenir (et la tox­i­c­ité) de ces résidus liés, encore mal connus.

Le sol un système épurateur pour les déchets organiques

Depuis le début de l’hu­man­ité et de l’a­gri­cul­ture, les sols ser­vent de sys­tème épu­ra­teur pour les déchets humains ou issus de l’él­e­vage et des cul­tures. Ce sys­tème a pu fonc­tion­ner durant des mil­liers d’an­nées sans pol­luer le sol bien au con­traire puisque cela par­tic­i­pait à son enrichisse­ment en matière organique et au recy­clage des élé­ments nutri­tifs (K, Ca, Mg…).

Cette fonc­tion épu­ra­trice est liée prin­ci­pale­ment à l’ac­tion de la faune et surtout de la microflo­re qui provo­quent la micro­di­vi­sion des déchets organiques ani­maux ou végé­taux et leur minéral­i­sa­tion avec pro­duc­tion finale de CO₂ et NH₄. Actuelle­ment, si on se réfère aux chiffres de l’ADEME, 291 000 kt de déchets sont recy­clés en agri­cul­ture, dont 95 % sont con­sti­tués par les déchets ani­maux et seule­ment 1,75 % par les boues de sta­tions d’épuration.

Nous avons dit que tout ce qui était organique était minéral­isé (y com­pris un cer­tain nom­bre de pol­lu­ants). Les prob­lèmes sont donc posés par la présence de pol­lu­ants minéraux (élé­ments traces ou métaux lourds) qui con­stitueront donc avec une bonne hygiéni­sa­tion des déchets (micro-organ­ismes, par­a­sites) la prin­ci­pale lim­i­ta­tion au recy­clage des déchets. Les lisiers et fumiers con­ti­en­nent du cuiv­re et du zinc, les boues de sta­tions d’épu­ra­tion et les ordures ménagères peu­vent con­tenir toute une série d’élé­ments traces poten­tielle­ment pol­lu­ants dont le cad­mi­um, le plomb…

Si on veut recy­cler les déchets, ce qui peut con­stituer une solu­tion écologique, sans pol­luer le sol, les déchets doivent être propres !

La pollution du sol

Elle va prin­ci­pale­ment être réal­isée par des élé­ments traces minéraux qui vont s’ac­cu­muler dans les sols et cer­tains pol­lu­ants organiques dits per­sis­tants (HAP, PCB, dioxines…).

Dans le cas des élé­ments traces minéraux l’o­rig­ine peut être naturelle au tra­vers du fond géochim­ique hérité des roches lors de la for­ma­tion des sols. La pol­lu­tion très grave des eaux et de la chaîne ali­men­taire par l’arsenic au Ben­gale et Bangladesh est issue du fond géochim­ique avec mise en solu­tion de l’arsenic par des vari­a­tions de niveau de nappe liées à l’irrigation.

L’o­rig­ine prin­ci­pale va être en général liée à l’in­dus­trie et aux trans­ports mais aus­si à cer­taines pra­tiques agricoles.

Les fortes con­cen­tra­tions con­duisant à la for­ma­tion de sites et sols pol­lués sont liées à l’his­toire indus­trielle. Une base de don­nées française sur ces sites poten­tielle­ment pol­lu­ants indique près de 200 000 sites.

Pour les pol­lu­ants minéraux, les sites les plus con­nus sont liés à l’in­dus­trie des métaux non fer­reux (fonderies), aux déchets de mine…

Tous ces sites sont à sur­veiller étroite­ment surtout pour la con­t­a­m­i­na­tion de l’eau. L’ex­em­ple du Lot con­t­a­m­iné par des déchets de fonderie (Vieille Mon­tagne) rich­es en cad­mi­um est bien con­nu car toute la val­lée de la Garonne a été con­t­a­m­inée jusqu’à l’embouchure et à la zone lit­torale : les huîtres de Marennes et plus générale­ment les mol­lusques sont des bioac­cu­mu­la­teurs et donc de bons indi­ca­teurs de contamination.

Tous ces sites sont des sites local­isés où les pol­lu­tions sont con­cen­trées sur quelques hectares ou quelques dizaines d’hectares. Cer­tains de ces sites indus­triels émet­tent des pol­lu­tions dans l’at­mo­sphère qui peu­vent être, dans un ray­on de quelques kilo­mètres autour du site, à l’o­rig­ine d’une pol­lu­tion de prox­im­ité des ter­res agri­coles et des forêts (plomb, zinc, cad­mi­um, cuiv­re…) : il s’ag­it de ce que l’on appelle les pol­lu­tions de proximité.

Au-delà de 10 km, les pol­lu­tions sont dites dif­fus­es et retombent sur l’ensem­ble du ter­ri­toire où cette source de pol­lu­tion peut en zone agri­cole représen­ter près de 50 % des flux d’entrée.

De telles pol­lu­tions de prox­im­ité sont con­nues jusqu’à une dis­tance d’en­v­i­ron 20 m des autoroutes (pol­lu­tion en plomb).

Des études récentes mon­trent que les jardins ” ouvri­ers ” dans les zones indus­trielles ou les jardins dans les villes sont tou­jours beau­coup plus pol­lués que les sols des zones rurales.

Les sols ” accu­mu­la­teurs ” représen­tent de véri­ta­bles enreg­istreurs des pol­lu­tions passées : indus­trielles mais aus­si agricoles.

En agri­cul­ture, on peut pol­luer les sols par une répéti­tion de traite­ments durant cinquante à cent ans. Ain­si d’un cer­tain point de vue tous les sols de vig­no­ble (1 mil­lion d’hectares en France) ont des con­cen­tra­tions élevées en cuiv­re (près de 500 mg/kg) et éventuelle­ment en arsenic à cause des traite­ments phy­tosan­i­taires effec­tués chaque année. Des sols dans la val­lée de la Seine ont été pol­lués par des apports d’eaux brutes de Paris achem­inées pour l’irrigation.

Les apports réguliers de phos­phates rich­es en cad­mi­um (jusqu’à 100 ppm) ont pu con­stituer dans le passé une source de pol­lu­tion. Comme nous l’avons dit les lisiers pour­raient en cinquante ou cent ans pol­luer les sols bre­tons en Cu et Zn. C’est pour cela que les apports de boues de sta­tions d’épu­ra­tion sont très forte­ment encadrés par la législation.

Quels sont les risques effec­tifs ? Les risques vis-à-vis des écosys­tèmes sont mal con­nus. On sait cepen­dant que les pol­lu­ants présents dans les sols sont très sou­vent très peu disponibles.

La fig­ure ci-dessus illus­tre les dif­férentes voies d’ex­po­si­tion pour l’homme et l’on peut voir que cela passe par l’eau ou la chaîne ali­men­taire. Ensuite, il fau­dra voir les dos­es effec­tive­ment absorbées.

Les élé­ments traces ont été un peu mis en exer­gue à cause de leur accu­mu­la­tion dans les sols et dans cer­tains élé­ments de la chaîne alimentaire.

Les radionu­cléides (Cs, Sr) issus des essais ou acci­dents nucléaires sont accu­mulés dans quelques mil­limètres à la sur­face du sol où ils sont énergique­ment fixés pour des siècles.

Les pol­lu­ants organiques per­sis­tants (HAP, PCB, diox­ines) s’ac­cu­mu­lent eux aus­si dans les sols, mais leur biodégra­da­tion par la microflo­re du sol est pos­si­ble par un phénomène que l’on dénomme ” atténu­a­tion naturelle ” sur lequel les indus­triels fondent de grands espoirs. Il est en effet très dif­fi­cile au plan tech­nique et très onéreux au plan économique de dépol­luer un sol. Les méth­odes chim­iques ou physiques ne sont pas très effi­caces et lais­seront un résidu de matéri­au inerte. On fonde en général beau­coup d’e­spoirs sur l’u­til­i­sa­tion et la stim­u­la­tion des micro-organ­ismes présents dans le sol capa­bles de dégrad­er la majorité des pol­lu­ants organiques y com­pris les hydrocarbures.

Pour les métaux, la phy­tosta­bil­i­sa­tion (cou­ver­ture et sta­bil­i­sa­tion) par des plantes adap­tées ou la phy­toex­trac­tion des élé­ments par les plantes sont des méth­odes actuelle­ment en expérimentation.

L’érosion du sol

Elle va être une source impor­tante de perte en sols (c’est la prin­ci­pale cause de dégra­da­tion des sols au niveau mondial).

On trou­ve deux types prin­ci­paux d’éro­sion : l’éro­sion des sols en pente (sols de vig­no­bles ou de cul­tures…) et l’éro­sion plus dif­fuse des sols de limon liée à une insta­bil­ité de la struc­ture qui se détru­it sous l’ef­fet de la pluie en don­nant une croûte peu per­méable sur laque­lle l’eau va ruis­sel­er. Ruis­selle­ment et éro­sion vont entraîn­er les pol­lu­ants sol­ubles (nitrates) ou insol­ubles vers les cours d’eau. On met en cause ce type de dégra­da­tion des sols dans l’ini­tial­i­sa­tion de cer­taines crues ou inon­da­tions (exem­ple en Haute-Nor­mandie). Plus de 5 mil­lions d’habi­tants (près de 10 % du ter­ri­toire) sont sen­si­bles à l’éro­sion et l’un des meilleurs moyens de lutte est de cou­vrir les sols et d’amé­nag­er l’e­space et les bassins ver­sants (haies, fos­sés, ban­des enherbées…).

Conclusion

Le sol inter­face dans l’en­vi­ron­nement exerce donc des fonc­tions essen­tielles : fonc­tion de pro­duc­tion ali­men­taire essen­tielle à l’hu­man­ité (quan­tité et qual­ité des pro­duits), mais aus­si des fonc­tions envi­ron­nemen­tales qui vont de l’échelle locale (bassins ver­sants) à une échelle régionale (acid­i­fi­ca­tion, pol­lu­tion dif­fuse) et à une échelle glob­ale (fonc­tion de puits de car­bone vis-à-vis du CO₂ atmosphérique).

La ressource en sol, en par­ti­c­uli­er cul­tivable, est lim­itée au niveau mon­di­al et les nom­breuses caus­es de dégra­da­tion que nous avons citées (acid­i­fi­ca­tion, pol­lu­tion, éro­sion) se sont accrues avec la crois­sance de la population.

Cette impor­tance du sol n’est pas encore assez con­nue et elle com­mence seule­ment à être prise en compte par les ges­tion­naires, en par­ti­c­uli­er par les min­istères de l’A­gri­cul­ture et de l’En­vi­ron­nement qui en France ont créé un réseau de sur­veil­lance de la qual­ité des sols au niveau du ter­ri­toire (avec 2 100 sites). Il faut en effet surtout éviter une pol­lu­tion et une dégra­da­tion du pat­ri­moine sol qu’il est essen­tiel de con­serv­er pour un développe­ment durable.

Références d’ou­vrages
ROBERT M., 1996. Le sol : inter­face dans l’en­vi­ron­nement, ressource pour les développe­ments. Dun­od-Mas­son. 244 p.
DUCHAUFOUR P., 1998. Abrégés de pédolo­gie. Dun­od-Mas­son. 317 p.

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