Etude du transfert des métaux lourds issus de l'assainissement pluvial urbain dans les sols

Les activités liées au milieu urbain conduisent à l'introduction dans les sols de métaux comme le cuivre, le zinc, le cadmium, le plomb, le nickel, le chrome ou le mercure sous forme soluble et particulaire après lessivage des surfaces urbaines et infiltration. L'infiltration des eaux pluviales à travers la zone non saturée des sols vers les nappes phréatiques est souvent réalisée dans des sols à texture grossière, initialement très peu organiques. L'accumulation des métaux et de polluants organiques dans les premiers centimètres des bassins d'infiltration d'eaux pluviales pendant plusieurs années tend à créer un « néosol » qui est constitué par un horizon de surface très contaminé et le sol récepteur dans l'horizon inférieur (Winiarski et al., 2006). La compréhension du risque de transfert des métaux vers la nappe nécessite en particulier de caractériser l'horizon de surface en terme de composition (compartiment microbien et constituants organiques et minéraux) et de propriétés structurales, hydrauliques et physico-chimiques. Le suivi de l'évolution de ces caractéristiques dans des phases transitoires (changement de teneur en eau, changement de salinité des eaux entrantes...) est indispensable à cette compréhension. Les métaux les plus concentrés dans ces matériaux sont le zinc (1000 à 2000 ppm), le plomb (100 à 300 ppm), le cuivre (100 à 300 ppm) et le nickel (100 à 300 ppm). Ils ont été mesurés dans de nombreux ouvrages d'infiltration dans des contextes urbains différents. La mobilité potentielle des métaux évaluée par extraction séquentielle est très élevée pour le Cd et le Zn, le Pb et le Cu étant plutôt associés à la matière organique et aux oxydes métalliques (Clozel et al., 2006). La fraction organique, très riche en hydrocarbures, a déjà été caractérisée sur ces matériaux par utilisation conjointe de la chromatographie en phase gazeuse couplée à un spectromètre de masse (GC-MS). Les éléments organiques présents sont pour beaucoup issus de produits pétroliers dégradés (fuite d'huile, de carburants) ou de produits issus de combustion incomplète (Durand et al., 2004). Les premières investigations du compartiment microbien montrent une population bactérienne et fongique très dense et active. On connaît mal pour l'instant les spécificités des espèces qui se développent dans ces matériaux ainsi que leur rôle dans la rétention ou le transport de polluants. Ces éléments descriptifs sont pour l'instant peu reliés entre eux, on sait peu de choses sur le rôle de la matière organique et des phases minérales sur le structuration des sédiments et les conséquences sur les interactions eau/phase solide. Peu de travaux ont porté sur la caractérisation hydraulique de ces zones de surfaces. Les néosols sont constitués de deux horizons que sont les sédiments accumulés en surface et le sol sous-jacent. Ces deux horizons présentent des comportements hydrauliques contrastés, étant donné que le comportement hydraulique de la couche de sédiment doit se rapprocher de celui des matériaux fins et que, a contrario, le sol sous-jacent est souvent un matériau nettement plus grossier et perméable. Enfin, le transfert des métaux dans la nappe via la phase colloïdale est encore méconnu dans ces matériaux et doit être approfondi. L'objectif de ce projet est d'étudier le transfert des métaux lourds au sein de ces interfaces et dans les sols sous-jacents en essayant de relier leur mobilité aux propriétés biophysico-chimiques des sédiments dans leur ensemble. Les métaux (Pb, Zn, Cd, Cu) ont été choisis en raison de leur forte concentration en milieu urbain, leur affinité plus ou moins forte avec les phases solides, leur présence sous forme particulaire. L'étude a porté sur -une caractérisation biophysico-chimique initiale des sédiments de surface -une étude du rôle de la modification de certains facteurs hydrodynamiques ou physico-chimiques (phases d'infiltration/drainage, modification de salinité des eaux infiltrées) sur la mobilité des métaux sous forme soluble et colloïdale en colonne de laboratoire -une étude de la mobilité des métaux associés à des colloïdes modèles dans le sous-sol en colonne de laboratoire.