Prairie

Application des bioindicateurs dans le
cadre d’un projet de réaménagement
urbain (Prairies Saint Martin)
Denis Piron, Lionel Berthier (Agrocampus Ouest)
Benjamin Pauget, Annette de Vaufleury (Université Besançon)
Marina Le Guedard, Jean-Jacques Bessoule (Université Bordeaux – LebAquitaine)
Olivier Faure (Ecole des mines, Saint Etienne)
Cecile Villenave (Elisol-Montpellier)
J.F Nau (EODD)
Pérès Guénola (Agrocampus Ouest)
Cécile Grand (ADEME)
Contexte général de l’étude
 Nouveau défi pour demain
 restaurer et réutiliser des sols dégradés en zone urbaine
 évaluer puis rétablir les services écosystémiques en lien avec les
sols (ex: habitat, capacité tampon, recyclage des nutriments)

Disposer d’une boîte à outils facilement applicables pour évaluer la
qualité et le fonctionnement biologique des sols dégradés

Vers une démarche d’évaluation multicritères en lien avec les
services écosystémiques pour préserver et restaurer les sols
urbains (ex: la biodiversité permettant d’évaluer des services rendus par les
sols)
Définition
Qu’est ce qu’un bioindicateur ?
Organisme (ou une partie d'un organisme ou une communauté
d'organismes) qui renseigne sur l’état et le fonctionnement d’un
écosystème. Blandin (1986)
Des outils pour analyser les transferts et
les effets des polluants
Les organismes du sol sont les premiers maillons de la chaîne trophique
Des outils d’analyse des transferts des polluants
Résultats du programme Bioindicateur https://ecobiosoil.univ-rennes1.fr/ADEME-Bioindicateur/
MetauxSol
ETM Totaux dans les sols
(mg.kg-1)
9000
8000
7000
6000
Transfert vers
végétaux
Cohérence
des résultats
Pas de
Transfert
Pas de
Transfert
Cohérence
des résultats
5000
4000
3000
2000
1000
0
Non contaminé
Moyennement contaminé
Fortement contaminé
Pas d’excès de transfert
Pas d’impact
Faible d’excès de transfert
Impact modéré
Fort excès de transfert
Impact fort
 Données physico-chimiques ne permettent pas de rendre compte des
transferts vers les organismes vivants et leurs effets
 Nécessité d’ outils complémentaires aux analyses physico-chimiques
(biodisponibilité, transfert, effets des contaminants)
Des outils pour rendre compte de l’état de l’écosystème et
de son fonctionnement
Outils pour évaluer l’état biologique du sol, les fonctions du sol et à terme les
services écosystémiques des sols délaissés ou des sols après remédiation
Evaluation services
écosystémiques
Dégradation des
contaminants organiques
Atténuation naturelle
Cycle azote
Dégradation matière
organique
Production biomasse
Régulation eau
(qualité, quantité)
Habitat
Structuration du sol
Les Prairies Saint Martin
questions du maître d’ouvrage (Ville de Rennes) et
maître d’oeuvre (BE – EODD)
 Une étude relative à l’évaluation des risques sanitaires réalisée en 2008 sur les
jardins familiaux a montré un transfert des contaminants dans les légumes feuilles
(salades): quels peuvent être les transferts des polluants vers les végétaux et
les animaux, et leurs effets ?
(SET escargots, CET-Végétaux, Indice Oméga 3)
 La zone doit être réaménagée en Parc Naturel Urbain (PNU) à forte valeur
écologique en conservant les habitats en place: quel est l’état biologique des
sols et le fonctionnement de son écosystème?
(communautés biomasse bactérienne, vers de terre, nématodes)
 Quelle est la qualité des terres végétales présente sur la zone et comment la ré-utiliser
dans le cadre du projet de réaménagement? Etude de EODD (Moe)
 Quel sera le comportement des polluants dans les zones inondables (sol qui subira
une alternance entre humidité/sécheresse) ? Surveillance moyen terme
Campagne d’échantillonnage
Plan d’échantillonnage
 Pédologie
52 points d’échantillonnage pédologique
(projet ADEME – Agrocampus - 2014)
Résultats
Caractéristique pédologique des sols des prairies Saint-Martin
 Texture : sol Limono-Sablo-argileux (Lsa)
 Sols d’apport alluvial sont les plus
représentés (55%) , le reste
correspondant à des sols remaniés
(anthropiques) se superposant aux
alluvions
 Sols riches en matières organiques
(comparé à la grande majorité des sols
urbains)
 Un horizon organo-minéral (A), présentant
forte variabilité, mais majoritairement épais
70% > 40 cm.
Résultats
Caractéristique pédologique des sols des prairies Saint-Martin
 Sols hydromorphes à très
hydromorphes: sols qui présentent des
engorgements en eau sur une période
plus ou moins longue (période
hivernale)
Campagne d’échantillonnage
Plan d’échantillonnage
 Bioindicateurs + physico-chimie
24 points d’échantillonnage bioindicateurs
(prairies, bois, 6 jardins)
Zone 100
103-2
102-2
Zone10
Jardins en dehors de
la zone qui sera
aménagée
(Zone 10)
13-1
12-2
11-2
12-1
11-1
64-1
10-2
103-1
102-1
95-2
66-1
66-2
Jardins dans
zone qui
sera
Aménagée
(Zone 100)
95-1
64-2
Jardins dans
zone qui sera
Aménagée
(Zone 60)
Prairie
(P)
51-2
Prairie
Bois
Bois
(B)
B-3
B-2
B-1
51-1
Zone 60
Résultats
Contamination  Teneurs en ETM des points échantillonnés
13-1
12-2
11-2
12-1
11-1
95-2
66-1
66-2
64-1
Pb (50a /Pb
50b)
95-1
500
400
64-2
10-2
Bo
i
iri
e
Zo
ne
10
Zo
ne
60
Zo
ne
10
0
Pr
a
Zone10
103-1
102-1
s
1600
1400
1200
1000
800
600
Zone 100
103-2
102-2
Total
300
200
Zone 60
200
6
150
4
100
2
s
0
Bo
i
s
Bo
i
iri
e
Zo
ne
10
Zo
ne
60
on
e
10
0
50
Pr
a
s
Bo
i
iri
e
Zo
ne
10
Zo
ne
60
Zo
ne
10
0
s
Bo
i
10
0
60
Zo
ne
10
Zo
ne
0
Bo
is
concentration de référence
dans les sols :
a : fond géochimique local
b : gamme des valeurs
ordinaires ASPITET
8
250
Pr
a
s
0
Bo
i
60
10
10
ne
on
e
iri
e
on
e
Pr
a
300
iri
e
Zo
ne
10
Zo
ne
60
on
e
10
0
0.75
0.70
0.65
0.60
0.55
0.50
0.45
24
22
20
18
16
14
12
Cd (0.5aCd
/ 0.45b)
Cu a / 20b)
Cu (160
Pr
a
a / 1,7b)
Tl (2Tl
As b)
As (25
Zo
ne
Pr
a
iri
e
B-1
10
B-3
B-2
60
Bois
Zo
ne
Prairie
10
Zn a / 100b)
Zn (100
800
700
600
500
400
300
200
Zo
ne
51-1
51-2
Zo
ne
Pr
a
iri
e
100
Résultats
Des outils pour analyser les transferts et
les effets des polluants
Les outils biologiques : Bioaccumulation
excès de transfert
Végétaux : PhytoMet Escargots : SET
ICP MS
CET : Charge
Elémentaire Totale
CET = ∑ ECmétal
Exposition des escargots
pendant 28 jours
ICP MS / AES
SET : Somme des
excès de transfert
SET = Σ(QA-1)
Concentration
dans les tissus
Concentration
dans les escargots
Prélèvement d’un pool
d’espèces végétales
Pas d’excès de
transfert
3.0
2.5
2.0
CIRef
1.5
1.0
Site 1
Site 2
QA = 1
QA > 1
Pauget, B., et al., 2015. The SET and ERITME indices:
Integrative tools for the management of polluted sites. Ecol.
Ind. 53, 206-210.
Les outils biologiques : Effet des contaminants
Indice Oméga 3
Mesure de la teneur
en Oméga3
(C18:3) /
((C18:0)+(C18:1)+(C18:2))
Chromatographie
en phase gazeuse
Prélèvement feuilles
d’espèces végétales
1,00
0,98
0,96
Oméga 3
0,94
0,92
0,90
0,88
0,86
0,84
0,82
0,80
Référence
Calcul de l’indice
Oméga 3
Site A
Site B
SYNTHESES DES RESULTATS
CET
Végétaux
Zone 100
Omega-3
SET
Escargots
aucun transfert
anormal, pas ou peu
d’impact
 aucune préconisation
Zone10
faible transfert et
impact modéré
 mise en place d’une
surveillance
Zone 60
Prairie
Bois
transfert élevé et
impact fort
 zone à risque
(mesures de gestion)
Résultats
Des outils pour rendre compte de l’état de l’écosystème et
de son fonctionnement
Application de paramètres microbiens :
Biomasse microbienne (Matières Organiques Vivantes)
Référence Bois (RMQS BioDiv)
Référence Prairie (RMQS BioDiv)
Référence Culture (RMQS BioDiv)
• Bois : biomasse élevée  en accord avec valeurs locales (Cluzeau et al. 2012)
• Prairie : biomasses supérieures aux valeurs de références locales (retour de MO)
• Jardins : Variabilité des biomasses, cohérentes avec valeurs de zones cultivées
- non impactées par la contamination des sols
Application d’Indices nématodes
Communautés de la nématofaune
1
0
0
Perturbé
Enrichi en N
Prairie
Z100
Disponibilité en
éléments nutritifs
Z10
5
0
« Indices
Nématodes »
basées sur la
BIODIVERSITE
des nématodes
Mature
Enrichi en N
Z60
Bois
Dégradé
Appauvri
0
Mature
Fertile
50
100
Indice de Structure
Complexité de la chaîne trophique
 SI (Indice de structure qui renseigne sur la stabilité du milieu) : satisfaisant
 IE (Indice d’enrichissement qui renseigne sur le recyclage des nutriments): satisfaisant
Application de paramètres lombriciens:
Abondances totale et structure fonctionnelle
Référence Prairie (RMQS BioDiv)
Référence Culture (RMQS BioDiv)
Référence Bois (RMQS BioDiv)
(Cluzeau et al., 2012)
ETM Totaux
+++
++
++
++
• Bois densité faible  en accord avec valeurs locales (Cluzeau et al. 2012)
• Prairie = abondances nettement inférieures aux valeurs de références locales:
 sol défavorable (historique parcellaire: remblais, zone de stockage)
 présence des ETM dans un sol contraignant,
• Jardins : Forte variabilité des abondances,
• Zones 10 et 60 = faibles densités (< valeurs zones cultivées de référence)
• Zone 100 : plutôt favorable aux lombriciens
 Nécessité de caractériser la structure fonctionnelle = affiner diagnostic
Application de paramètres lombriciens:
Structure fonctionnelle
Degré d’exposition
aux contaminants du sol
+
++
+++
Epigés
Anéciques
Endogés
(Cluzeau et al., 2012)
ETM Totaux
+++
++
++
++
• Prairie : domination des anéciques, quasi-absence des endogés
 structure fonctionnelle dégradée  confirmation
• Jardins : variabilités importantes des structures :
• Historiques des jardins (zones potagères, pelouses…)
• Impact des ETM totaux sur les lombriciens endogés (Zone 10)
• Effets compensatoires de certains usages (apport de compost, binage)
Indicateur de structure fonctionnelle
 renseigne sur le fonctionnement global du sol
 identifie les conséquences possibles sur la dynamique des MOS, la
structuration des sols, le cycle de l’eau et des éléments dissous
SYNTHESES DES RESULTATS
vers
microbio
nématodes
Communauté dense
et fonctionnelle
Faible densité ou
mauvaise structure
Faible densité et
mauvaise structure
Apport des bioindicateurs dans le cadre d’un projet
de ré-aménagement urbain
 Utiles pour évaluer le comportement des contaminants présents dans le sol
(biodisponibilité des polluants) et transfert vers la chaîne trophique;
 Utiles dans le cadre d’une démarche d’évaluation de la biodiversité et des
fonctions biologiques des sols dégradés urbains laissés en place;
 Utiles dans un plan de surveillance sur le long terme de l’évolution d’une
contamination laissée en place;
 Utiles dans le cadre d’un projet de reconstruction de sols dégradés (biotechnosols permettant de réduire l’apport de terre végétale) pour l’évaluation
environnementale de ces sols reconstruits.
Les bioindicateurs sont des outils pertinents pour
la reconversion des friches urbaines
http://ecobiosoil.univ-rennes1.fr/ADEME-Bioindicateur/
Vers de Terre
Oméga 3
[email protected]
Nématodes
[email protected]
Merci de votre
attention
[email protected]
Indice CET
[email protected]
Indice SET
[email protected]
Le programme Bioindicateurs
http://ecobiosoil.univ-rennes1.fr/ADEME-Bioindicateur/
25
26
27
Apport dans les méthodes d’évaluation des risques
 La caractérisation des transferts, de la biodisponibilité et de la toxicité des
contaminants « en conditions réelles » par les bioindicateurs permet :
 de hiérarchiser les priorités de gestion (les sols présentant les plus
fortes contaminations ne sont pas ceux qui présentent le plus de risques)
 d’adapter les modes de gestion des sols contaminés: phyto-management
(stabilisation / extraction, type de végétation), amendement, pâture,
confinement, excavation…
 d’identifier des restrictions d’usages
 de cibler/identifier les contaminants pouvant compléter la caractérisation
physico-chimique des sols pollués (Exemple du Tl)
 S’inscrit dans une démarche d’évaluation de la biodiversité et des risques
pour les écosystèmes et les fonctions biologiques des sols
 Les bioindicateurs peuvent être utilisés comme un indicateur de la
performance d’un traitement et/ou d’un mode de gestion
Les bioindicateurs sont des outils pertinents pour
une gestion intégrée
des sites et sols pollués
28
Le programme Bioindicateurs
Résultats  Boîte à outils
Gestion des sites pollués  état biologique
Besoins
Famille
Paramètres
Etat biologique
Microbiologie
•
•
•
Faune
•
Abondance bactérienne et fongique
Diversité bactérienne et fongique
Activités enzymatiques : b-glucosidase, arylamidase,
phosphatase alcaline
Minéralisation du carbone, de l’azote
•
•
•
•
Abondance et Diversité des nématodes
Abondance et Diversité des lombriciens
Abondance et Diversité des microarthropodes
Abondance et Diversité de la macrofaune
29
Mobilisés sur les Prairies Saint Martin
Le programme Bioindicateurs
Résultats  Boîte à outils
Diagnostic des transferts de métaux et effets de la contamination
Besoins
Famille
Paramètres
Bioaccumulation Flore
Effets liés à la
contamination
(organique et
inorganique)
•
Bioaccumulation végétaux
Faune
•
•
Bioaccumulation escargot
Bioaccumulation micromammifères
Microbiologie
•
•
•
Abondance bactérienne et fongique
Diversité bactérienne et fongique
Activités
enzymatiques:
laccases,
glucosidase, arylsulfatase, BIOLOG
Faune
•
•
•
Abondance et Diversité des lombriciens
Abondance et Diversité des nématodes
Abondance et Diversité de la macrofaune
Flore
•
Test Oméga 3
30
Mobilisés sur les Prairies Saint Martin
b-