La contamination des sols par les métaux

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Les métaux (cuivre, plomb, nickel, etc.) ou métalloïdes (bore, arsenic, etc.) sont naturellement présents dans les sols. De fortes concentrations en chrome, nickel et zinc apparaissent dans les sols développés dans des roches jurassiques, tandis que pour le plomb, elles sont liées aux roches cristallines. Les roches volcaniques donnent lieu à de fortes concentrations en chrome, cuivre, nickel et zinc.

Les rejets de l’industrie, des ménages, des transports ou de l’agriculture contribuent à la contamination diffuse de métaux dans les sols. Pour certains éléments, principalement le plomb, elles sont à relier aux activités industrielles dans le nord, le nord-est et autour de Paris.

Toxiques à des doses variables pour l’homme, la faune et la flore, les métaux peuvent contaminer les écosystèmes via les chaînes alimentaires et la ressource en eau. Le plomb et le cuivre par exemple sont peu disponibles pour les plantes et migrent peu en profondeur, contrairement au zinc assez mobile et aisément absorbé par la faune ou la flore, notamment dans les sols acides.

L’arsenic

Métalloïde toxique pour l’homme et l’environnement, l’arsenic est susceptible de contaminer les eaux souterraines en raison de sa relative mobilité dans l’environnement. La géologie explique les principales variations d’arsenic en métropole et, dans une moindre mesure les activités anthropiques : usage d’arséniate de plomb comme pesticide dans les vignobles, industrie, mines.

La concentration médiane en arsenic dans la partie superficielle des sols équivaut à 12 mg/kg (Gis Sol, RMQS, 2018). Huit anomalies (hotspots), 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) renferment les concentrations les plus faibles en raison de faibles teneurs en arsenic des matériaux géologiques originels et de leur faible capacité d’adsorption. Cette dernière explique également les concentrations plutôt faibles dans les sols formés dans les dépôts éoliens du quaternaire (Bassin parisien, Nord-Ouest). Dans les sols crayeux peu profonds (Charentes, Champagne), les faibles concentrations en arsenic peuvent être attribuées à l’effet défavorable de pH élevés sur son adsorption.

Concentrations d’arsenic dans la partie superficielle des sols
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Concentrations d’arsenic dans la partie superficielle des sols

Note : limite de quantification de l’arsenic : 0,1 mg/kg (Inra/Laboratoire d’analyse des sols d’Arras : accréditation Cofrac ISO 17025 (ISO, 2015)).

Source : Gis Sol, RMQS, 2015, d’après Marchant et al., 2017

Traitement : SDES, 2018

Le cadmium

Le cadmium résulte de l’altération des roches et de l’évolution des sols, comme ceux issus des craies et des calcaires jurassiques (Champagne, Charente, Causses, Jura). Il provient aussi de contaminations diffuses d’origine industrielle (Nord) ou agricole (engrais minéraux dans les régions céréalières dans le Nord et Sud-Ouest de la France et en Alsace). La part la plus importante des apports anthropiques en cadmium (environ 55 %) provient d’impuretés présentes dans les engrais minéraux et, dans une moindre mesure, d’effluents d’élevages et de retombées atmosphériques (Ademe, 2007).

Teneurs en cadmium dans la partie superficielle des sols
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Teneurs en cadmium dans la partie superficielle des sols

Source : Gis Sol, RMQS, 2015 d’après Marchant et al., 2010

Traitement : SDES, 2018

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 atteint 49 mg /kg et 95 % des valeurs sont inferieures a 104 mg/kg. Les teneurs les plus élevées s’observent dans les sont développés dans les basaltes ou les roches ultrabasiques (Massif Central), dans les moraines et les flyschs (Alpes), ou dans les calcaires argileux, marnes et argile du jurassique inférieur (bord externe à l’est du Bassin parisien).

Mais sous certaines conditions, notamment de pH, il peut devenir plus mobile et migrer vers la ressource en eau, plus disponible pour les plantes et plus toxique. C’est notamment le cas dans certaines roches cristallines (Vosges), ou des schistes (nord-est de la Corse).

Teneurs en chrome dans la partie superficielle des sols
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Teneurs en chrome dans la partie superficielle des sols

Source : Gis Sol, RMQS, 2015 d’après Saby et al., 2011

Traitement : SDES, 2018

Le cuivre

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.

Les teneurs relativement élevées des sols antillais résultent de l’altération des roches magmatiques basiques riches en cuivre. 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. Ces fortes teneurs résultent des traitements fongicides récurrents, à base de sulfates de cuivre (bouillie bordelaise). 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.

Teneurs en cuivre dans la partie superficielle des sols

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Teneurs en cuivre dans la partie superficielle des sols

Source : Gis Sol, RMQS, 2015 d’après Saby et al., 2011

Traitements : SDES, 2018

Teneurs en cuivre dans les sols et présence de vignes et vergers

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Teneurs en cuivre dans les sols et présence de vignes et vergers

Source : Gis Sol, RMQS, 2009 – UE-SOeS, CORINE Land Cover, 2006

Traitements : SOeS, 2009

Le mercure

Particulièrement volatil, le mercure émis lors de combustion (déchets contaminés, combustibles fossiles) peut contaminer les sols et l’environnement par retombées atmosphériques. Rapidement adsorbé sur la matière organique ou sur les oxydes (fer, aluminium, manganèse), ce métal a tendance à demeurer dans les horizons de surface. Redistribué par érosion, il est susceptible de s’accumuler dans les chaînes alimentaires.
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 (Ademe, 2007). 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. Certaines bactéries peuvent aussi transformer le mercure du sol ou des sédiments en méthyl-mercure, substance toxique pour l’Homme.

La teneur médiane en mercure dans les sols de France métropolitaine est faible (0,04 mg/kg de terre fine) et la valeur maximale atteint 1,37 mg/kg (Gis Sol, RMQS, 2018). Les plus fortes concentrations résultent des roches volcaniques (centre du Massif Central), d’anciennes activités d’extraction aurifère (certains hotspots du Massif Central) ou de minéralisations naturelles amplifiées par les fortes teneurs en carbone des sols de l’ensemble des massifs montagneux. Ces liens entre le carbone et le mercure expliquent également les concentrations en mercure relativement élevées dans les sols bretons et normands.

En revanche, le hotspot de mercure autour de Paris résulte de l’industrie et de l’apport historique de boues d’épandage de la plus grande station d’épurations d’eau urbaines dans le nord-ouest de Paris. Enfin, les fortes concentrations dans le Nord peuvent être attribuées à l’industrie métallurgique.

Concentrations en mercure dans la partie superficielle des sols
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Concentrations en mercure dans la partie superficielle des sols

Note : limite de quantification de l’arsenic : 0,0025 mg/kg (Inra/Laboratoire d’analyse des sols d’Arras : accréditation Cofrac ISO 17025 (ISO, 2015)).

Source : Gis Sol, RMQS, 2015, d’après Marchant et al., 2017

Traitement : SDES, 2018

Le nickel

Le nickel se trouve naturellement dans les roches et dans les sols en quantités relativement faibles. Sa mobilité et sa biodisponibilité peuvent augmenter lorsque le pH diminue, favorisant de fait son transfert vers la ressource en eau ou les plantes.
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 basiques ou ultrabasiques 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 contaminations d’origine anthropique, résultant sans doute d’épandages de boues de la plus grande station d’épuration d’eaux urbaines.

Teneurs en nickel dans la partie superficielle des sols
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Teneurs en nickel dans la partie superficielle des sols

Source : Gis Sol, RMQS, 2015 d’après Saby et al., 2011

Traitement : SDES, 2018

Le plomb

Les teneurs totales en plomb mesurées dans les 30 premiers centimètres des sols métropolitains s’étendent localement entre 3 et 624 mg/kg (Gis Sol, RMQS) : moins de 30 mg/kg (55 % des mesures), entre 30 et 100 mg/kg (43,5 %), plus de 100 mg/kg (1,5 %). Parmi ces dernières, un tiers 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 s’échelonnent 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

Teneurs en plomb dans la partie superficielle des sols

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Teneurs en plomb dans la partie superficielle des sols

Source : Gis Sol, RMQS, 2015 d’après Saby et al., 2011

Traitements : SDES, 2018

Teneurs en plomb dans les sols

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Teneurs en plomb dans les sols

Source : Gis Sol, RMQS, 2009 – UE-SOeS, CORINE Land Cover, 2006

Traitements : SOeS, 2009

Le zinc

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 se révèlent faibles, hormis dans les sols des roches cristallines (Massif central) ou jurassiques (Causses, Jura, etc.). Aussi, les fortes teneurs en Bretagne, centre du Grand Est et nord des Hauts-de-France, résultent d’activités humaines (mines, industrie, épandages agricoles, trafic routier, toitures, etc.). Près de 80 % des apports de zinc sur les sols sont attribués aux déjections animales, du fait des compléments alimentaires utilisés dans les élevages bovins, porcins ou de volailles (Ademe, 2007).

Teneurs en zinc dans la partie superficielle des sols
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Teneurs en zinc dans la partie superficielle des sols

Source : Gis Sol, RMQS, 2015 d’après Saby et al., 2011

Traitement : SDES, 2018