La contamination des sols par les métaux

Pourquoi y a-t-il des métaux dans les sols ?

Une présence dans le sol en partie naturelle

Les métaux (cuivre, plomb, nickel, etc.) ainsi que les métalloïdes (bore, arsenic, etc.) sont naturellement présents dans les sols. Ils font partie de ce que l’on nomme le “fond géochimique naturel”.

De fortes concentrations en chrome, nickel et zinc apparaissent par exemple dans les sols développés dans des roches jurassiques, tandis que pour le plomb, elles sont liées aux roches cristallines. De leur côté, les roches volcaniques donnent lieu à de fortes concentrations en chrome, cuivre, nickel et zinc.

Des pollutions liées aux activités humaines

Les activités humaines actuelles ou passées peuvent cependant accentuer les niveaux de concentration des métaux dans les sols par rapport à ce fond géochimique naturel. Certaines de ces pollutions sont d’origine diffuse, notamment liées aux émissions dans l’air extérieur.

De 1990 à 2023, ces émissions dans l’air extérieur issus d’activités humaines ont globalement baissé en France, sauf pour le cuivre. Ces progrès font suite aux plans d’action mis en œuvre ainsi qu’aux évolutions de la réglementation. En 2023, la France respectait ses engagements internationaux, fixés pour les rejets dans l’air extérieur de cadmium, de mercure et de plomb. Les origines des métaux et métalloïdes sont variables, mais les contributions les plus importantes proviennent principalement de l’industrie et des transports.

À cette pollution diffuse, peuvent s’ajouter des pollutions ponctuelles, observées à proximité de sites pollués par une activité humaine. C’est notamment le cas des pollutions identifiées dans les grands bassins aquitains et parisiens où le fond géochimique présente des valeurs très faibles, sans risque pour la santé humaine. En 2023, plus de la moitié des 3 316 sites et sols pollués recensés le sont par des métaux lourds (1 748 sites), 23 % par l’arsenic (768 sites) et 13 % par le mercure (445 sites).

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Transcription de la figure 4826

Ce graphique présente les émissions (dues aux activités humaines) de quelques métaux et métalloïdes dans l’air extérieur. Sur la période 1990-2023, il montre que les rejets en plomb, cadmium, mercure, arsenic et nickel ont fortement diminué. Seules les émissions de zinc restent se maintiennent à des niveaux élevés, supérieurs à ceux de 1990.

Des conséquences sur l’environnement et sur la santé humaine

Toxiques parfois même à très faible dose pour les humains, la faune et la flore, les métaux peuvent polluer les écosystèmes par les chaînes alimentaires et l’eau.

Chez les humains, les métaux s’accumulent dans l’organisme. À plus ou moins long terme, et pour des expositions chroniques, les métaux lourds produisent des affections respiratoires (arsenic, cadmium, nickel), cardiovasculaires (arsenic), neurologiques (plomb, arsenic) et des maladies rénales (cadmium). Certains sont classés cancérigènes pour les êtres humains (arsenic, cadmium, nickel). Le mercure peut lui se déposer dans les eaux ou au sol, former de nouveaux éléments toxiques et polluer les êtres vivants par accumulation dans l’organisme, principalement par la voie alimentaire, en particulier avec le poisson (source).

Au niveau de l’environnement, les particules métalliques créent des dépôts qui entraînent la pollution des sols, des eaux et de la chaîne alimentaire. Elles s’accumulent également dans les organismes vivants, impactant la santé de la faune et de la flore.

Les différents métaux qui polluent les sols

L’arsenic

Métalloïde toxique pour l’homme et l’environnement, l’arsenic est susceptible de polluer les eaux souterraines à cause de sa mobilité dans l’environnement. La géologie explique les principales variations d’arsenic en métropole ainsi que, dans une moindre mesure, les activités humaines : usage ancien d’arséniate de plomb comme pesticide dans les vignobles, présence résiduelle dans certains engrais minéraux, ou encore rejets liés à des activités industrielles ou minières.

En France, 16 % des points de surveillance du réseau de mesure de la qualité de sols (RMQS) présentent une teneur supérieure à 25 milligrammes par kg (mg/kg) de terre fine, seuil de vigilance proposé par le Haut Conseil de la santé publique en août 2022. Des projets de recherche récents montreraient cependant que, en prenant en compte la bioaccessibilité de l’arsenic, ce seuil de 25 mg/kg ne serait dépassé que sur un seul des 2 200 sites du RMQS.

Huit anomalies d’origine géologique ou issues de processus de minéralisation sont répertoriées dans le Massif Central. Toutefois, les activités minières et l’usage de pesticides dans le sud-ouest de cette région peuvent également en être l’origine. Les sols sableux acides (Landes, Sologne, nord des Vosges) présentent les concentrations les plus faibles ainsi que les sols formés dans les dépôts éoliens du quaternaire (Bassin parisien, Nord-Ouest) et les sols crayeux peu profonds (Charentes, Champagne).

Le mercure

En 2007, d’après l’Ademe, l’épandage de déjections animales (50 %), de boues et composts (17 %) et les retombées atmosphériques (21 %) représentent la quasi-totalité des apports de mercure sur les sols. Utilisé dans l’industrie pour produire du chlore et de la soude caustique (chlore-alcali), dans la métallurgie ou la transformation de pâte à papier, ce métal se trouve également dans certains effluents industriels. Particulièrement volatil, le mercure émis lors de combustion (déchets contaminés, combustibles fossiles) peut polluer les sols et l’environnement par retombées atmosphériques.

La partie superficielle des sols de la région parisienne et du nord de la France montre des teneurs en mercure supérieures aux valeurs couramment observées dans les sols ordinaires cultivés ou forestiers de zones rurales du fait d’activités industrielles anciennes et d’apports passés de boues d’épandage de la plus grande station de traitement des eaux usées au nord-ouest de Paris. Il en est de même pour certaines parties du Massif central naturellement riches en mercure mais dont la teneur a augmenté en lien avec d’anciennes activités d’extraction de l’or.

En 2023, plus de la moitié des 3 316 sites et sols pollués recensés le sont par des métaux lourds (1 748 sites), 23 % par l’arsenic (768 sites) et 13 % par le mercure (445 sites).

Le cadmium

Le cadmium est un élément très répandu dans l’environnement à l’état naturel, mais aussi en raison des activités humaines, principalement agricoles et industrielles. Présent dans les engrais phosphatés utilisés en agriculture conventionnelle, il s’accumule dans les sols, pénètre facilement dans les végétaux par leurs racines, et entre ainsi dans la chaîne alimentaire, principale source d’exposition des humains à ce métal lourd.

Reconnu cancérogène, mutagène et toxique pour la reproduction, le cadmium entraîne chez les humains des atteintes rénales et une fragilité osseuse lors d’une exposition prolongée, notamment par voie orale via l’alimentation et l’eau potable.

En termes de répartition dans les sols sur le territoire, on retrouve en Champagne, en Charente, dans les Causses ou dans le Jura du cadmium issu des craies et des calcaires jurassiques, résultant de l’altération des roches et de l’évolution des sols.

Les pollutions diffuses d’origine agricole sont concentrées dans les régions céréalières du Nord et Sud-Ouest de la France et en Alsace, tandis que celles provenant d’activités industrielles sont plus importantes dans le Nord.

Le chrome

Si les roches et les sols contiennent naturellement peu de chrome, en revanche les fortes teneurs peuvent résulter d’apports humains (boues d’épuration urbaines, effluents d’élevage, engrais minéraux contenant des impuretés, industrie). Sous forme stable, le chrome peut se fixer sur les éléments du sol (oxydes de fer, argiles, matières organiques).

La valeur médiane dans les sols français atteint 49 mg/kg et 95 % des valeurs sont inférieures à 104 mg/kg. Les teneurs les plus élevées s’observent dans le Massif Central, les Alpes), ou l’est du Bassin parisien).

Sous certaines conditions, notamment de pH, le chrome peut devenir plus mobile et migrer vers l’eau, plus disponible pour les plantes et plus toxique. C’est notamment le cas dans les Vosges, ou le nord-est de la Corse.

Le cuivre

Le cuivre peut être naturellement présent dans les sols, résultant notamment de la dégradation des roches magmatiques. Mais sa présence est aussi le produit d’activités agricoles, en particulier des traitements fongicides récurrents, à base de sulfates de cuivre (bouillie bordelaise).

Les teneurs totales en cuivre mesurées dans la partie superficielle des sols s’étendent localement de 1 à 508 mg/kg en métropole et de 27 à 156 mg/kg dans les Antilles, où sa présence est majoritairement naturelle.

En métropole, les sols des formations sableuses (Landes de Gascogne, Sologne) ou gréseuses (Vosges) renferment particulièrement peu de cuivre. 53 % des fortes teneurs (plus de 100 mg/kg) se trouvent dans des zones occupées à plus de 20 % par des vignes et des vergers. La Gironde et le Languedoc-Roussillon rassemblent ainsi 62 % des teneurs en cuivre de plus de 100 mg/kg. Cet effet est moins visible dans les autres régions de vignobles.

Le nickel

Le nickel se trouve naturellement dans les roches et dans les sols en quantités relativement faibles, mais sa concentration peut également provenir d’activités humaines comme l’épandage de boues de station d’épuration.

La valeur médiane mesurée dans les sols français atteint environ 20 mg/kg et 95 % des valeurs sont inférieures à 57 mg/kg. Les valeurs les plus élevées résultent de fortes teneurs naturelles dans les sols développés dans les roches magmatiques du Massif central, ou encore dans ceux issus des roches jurassiques (Charente, Jura).

Pour les premiers, les fortes teneurs en nickel s’expliquent par sa capacité à se substituer partiellement au fer ou au magnésium présents dans ces roches. En revanche, certaines teneurs plus élevées dans le Nord, autour de Paris ou en Basse-Normandie semblent plutôt liées à des pollutions d’origine humaine, résultant sans doute d’épandages de boues de la plus grande station d’épuration d’eaux urbaines.

Le plomb

Le plomb est un métal naturellement présent dans la croûte terrestre et le sol. Utilisé dans de nombreux domaines, en particulier jusque dans les années 1990 dans les carburants automobiles dont les émissions généraient une pollution diffuse, son usage est désormais très réglementé en raison de sa toxicité (saturnisme).

Les teneurs totales en plomb mesurées dans les 30 premiers centimètres des sols métropolitains s’étendent localement entre 3 et 624 mg/kg. Un tiers des concentrations les plus importantes (supérieurs à 100 mg/kg), ont été mesurées à moins de 30 km d’une grande agglomération (Grenoble, Lille, Lyon, Montpellier, Nantes, Paris, Strasbourg…) et un autre tiers dans un rayon identique autour d’agglomérations plus modestes (Alès, Arras, Belfort, Lens, Tarbes…).

En profondeur, les teneurs les plus fortes apparaissent dans les zones de contact entre les bassins sédimentaires et les massifs cristallins (Cévennes, Massif central, Morvan). Dans le Poitou, les teneurs élevées des sols ferrallitiques (« terres rouges ») correspondent à des anomalies naturelles. Les sols antillais développés dans des basaltes sont naturellement pauvres en plomb. Les teneurs varient entre 7 et 51 mg/kg dans les 30 premiers centimètres du sol et entre 6 et 16 mg/kg en profondeur. Les très faibles teneurs en plomb des sols des Antilles résultent de leur formation dans des roches basaltiques.

Le zinc

Si le zinc peut être naturellement présent dans certains types de sols, sa forte concentration est essentiellement due aux activités humaines (mines, industrie, épandages agricoles, trafic routier, toitures…). En 2007, d’après l’Ademe, près de 80 % des apports de zinc sur les sols étaient attribués aux déjections animales, du fait des compléments alimentaires utilisés dans les élevages bovins, porcins ou de volailles.

Les teneurs totales en zinc des sols métropolitains s’étendent entre 5 et 1 230 mg/kg en surface. Les teneurs naturelles des sols en zinc sont faibles, sauf dans les sols des roches cristallines (Massif central) ou jurassiques (Causses, Jura, etc.). Les fortes teneurs en Bretagne, centre du Grand Est et nord des Hauts-de-France, résultent d’activités humaines.