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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