Teneurs en nickel dans les sols Franc-Comtois - Infoterre
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Teneurs en nickel dans les sols Franc-Comtois – Proposition d’une stratégie pour l’instruction des dossiers d’épandage des boues domestiques Rapport final BRGM/RP-55302-FR Mai 2007 Teneurs en nickel dans les sols Franc-Comtois – Proposition d’une stratégie pour l’instruction des dossiers d’épandage des boues domestiques Rapport final BRGM/RP-55302-FR Mai 2007 Étude réalisée dans le cadre des projets de Service public du BRGM 2006 EAUG09 et 2007 EAUG09 E. Gomez Avec la collaboration de V. Mardhel et C. Crouzet Vérificateur : Approbateur : Nom : Céline LEGRAND Nom : David DESSANDIER Date : 25/05/2007 Date : 28/05/2007 Signature : Signature : Le système de management de la qualité du BRGM est certifié AFAQ ISO 9001:2000. I M 003 - AVRIL 05 Mots clés : fond géochimique, nickel, Franche-Comté, boues STEP En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante : E. Gomez (2007). Teneurs en nickel dans les sols Franc-Comtois – Proposition d’une stratégie pour l’instruction des dossiers d’épandage des boues domestiques. Rapport BRGM RP-55302FR © BRGM, 2007, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l’autorisation expresse du BRGM. Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois Synthèse En Franche-Comté, de fortes teneurs naturelles en nickel dans les sols sont susceptibles d'être observées. Ces teneurs posent un problème d'ordre réglementaire pour l'épandage des boues. En effet, le décret du 8 décembre 1997 et son arrêté du 8 janvier 1998 exigent, pour des sols à plus de 50 mg/kg de nickel total, une étude prouvant que le métal n'est "ni mobile, ni biodisponible". Dans ce cas, une dérogation préfectorale peut alors être accordée. Après une analyse bibliographique sur l’origine et la mobilité du nickel dans les sols, ce rapport s’attache à caractériser les sols franc-comtois vis-à-vis des teneurs en nickel d’origine naturelle. Cette estimation s’appuie sur l’exploitation des données analytiques disponibles dans la base de données de l’inventaire minier (BRGM, SNEAP) en s’appuyant sur une approche analogique (les sols issus d’une même série litho-stratigraphique sont admis comme étant similaires du point de vue des teneurs en nickel) et en croisant ces informations avec l’occupation du sol et la topographie à l’aide d’un SIG. Une analyse semi-quantitative du risque de dépassement du seuil de 50 mg/kg pour le nickel dans les sols est mise en œuvre à l’échelle de la région Franche-Comté. La cartographie résultante renseigne l’utilisateur sur les zones susceptibles de contenir des teneurs naturelles élevées en nickel dans les sols et permet de le guider dans le choix des zones d’épandage. Lors de l’étude préalable à l’épandage, si les teneurs en nickel dépassent la valeurseuil de 50 mg/kg, une demande de dérogation pourra alors se faire suivant le logigramme proposé par le guide technique de l'ADEME et de l’APCA en 2005. Ce présent document s’appuie très largement sur la méthodologie proposée dans ce guide. Ainsi, pour tout complément d’information, il est conseillé de le consulter. BRGM/RP-55302-FR – Rapport final 3 Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois Sommaire 1. Introduction ............................................................................................................ 9 1.1. LA PROBLEMATIQUE DES EPANDAGES ....................................................... 9 1.2. OBJECTIFS DE L’ETUDE................................................................................. 9 2. Synthèse des connaissances sur le nickel dans les sols ................................. 10 2.1. LE NICKEL DANS LES SOLS ......................................................................... 10 2.1.1. Origine naturelle..................................................................................... 10 2.1.2. Origine anthropique................................................................................ 11 2.1.3. Teneurs dans les sols ............................................................................ 12 2.2. COMPORTEMENT DU NICKEL DANS LES SOLS......................................... 12 3. Typologie des sols franc-comtois vis-à-vis des teneurs en nickel liées à la géologie ................................................................................................................ 15 3.1. CADRE REGLEMENTAIRE ............................................................................ 15 3.2. DONNEES DISPONIBLES.............................................................................. 16 3.3. METHODOLOGIE ........................................................................................... 17 3.4. ANALYSE STATISTIQUE ............................................................................... 18 4. Proposition d’une stratégie pour l’instruction des dossiers d’épandage des boues domestiques.............................................................................................. 27 4.1. ZONES D’EPANDAGE.................................................................................... 27 4.1.1. Méthode de définition des zones d’épandage des boues ....................... 27 4.1.2. Cartographie .......................................................................................... 29 5. Mise en œuvre de la demande de dérogation .................................................... 32 5.1. ORIGINE NATURELLE DU NICKEL DANS LES SOLS................................... 32 5.1.1. Recherche d’études ou de demandes de dérogations............................ 33 5.1.2. Etude du contexte géologique et pédologique local................................ 33 5.1.3. Prélèvement et analyse de terres ........................................................... 33 5.2. ETUDE DE LA MOBILITE DU NICKEL DANS LES SOLS............................... 35 5.2.1. Matériel .................................................................................................. 35 BRGM/RP-55302-FR – Rapport final 5 Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois 5.2.2. Description simplifiée de l'essai .............................................................. 36 5.3. PHYTODISPONIBILITE DU NICKEL (EXTRACTION RAPIDE)....................... 36 5.4. PERTINENCE DES TESTS CHIMIQUES PRATIQUES POUR VERIFIER LA PHYTODISPONIBILITE DES METAUX LOURDS PRESENTS DANS UN SOL AVANT EPANDAGE........................................................................................ 38 5.4.1. Quelques définitions ............................................................................... 38 5.4.2. Discussion.............................................................................................. 40 5.5. SYNTHESE ..................................................................................................... 42 6. Conclusions.......................................................................................................... 43 7. Bibliographie ........................................................................................................ 45 6 BRGM/RP-55302-FR – Rapport final Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois Liste des illustrations Figure 1- Localisation des points de mesures géochimiques (inventaire minier national BRGM-SNEAP) sur fond géologique au 1/1 000 000 ...............................................................19 Figure 2 – Teneurs en nickel et nombre d’échantillon de sol par niveau stratigraphique (321 niveaux à l’échelle 1/50 000) ...........................................................................................23 Figure 3 – Nickel d’origine géologique dans les sols franc-comtois - Carte de risque de dépassement du seuil de 50 mg/kg dans les sols profonds (supports : cartes géologiques au 1/1 000 000 et 1/50 000).................................................................................26 Figure 4 – Nickel d’origine géologique dans les sols franc-comtois sur les zones d’épandage potentiel (supports : cartes géologiques au 1/1 000 000 et 1/50 000)....................29 Figure 5 – Logigramme de décision pour une demande de dérogation appliquée au nickel (source : ADEME et APCA, 2005) .................................................................................31 Figure 6: Biodisponibilité et bioaccessibilité des composés dans un sol (Semple et al, 2004). .....................................................................................................................................40 Liste des tableaux Tableau 1 – Valeurs seuils en nickel pour les sols (France et UE) ...........................................15 Tableau 2 – Comparaison des bases de données nationales ou régionales (source : Darmendrail et al., 2000) .........................................................................................................16 Tableau 3 – Teneurs en nickel par niveau stratigraphique (croisement de la BD inventaire miner et de la carte géologique au 1/1 000 000) ......................................................21 Tableau 4 – Teneurs en nickel par niveau stratigraphique (croisement de la BD inventaire miner et de la carte géologique au 1/50 000) – Sélection des valeurs médianes > 50 mg/kg..............................................................................................................24 Tableau 5 : Démarche proposée pour une étude de dérogation – Cas du Ni : 50 < [Ni] ≤ 70 mg/kg.................................................................................................................................42 BRGM/RP-55302-FR – Rapport final 7 Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois 1. Introduction 1.1. LA PROBLEMATIQUE DES EPANDAGES En France, l’épandage agricole recycle environ 62 % des boues de stations d’épuration, soient environ 800 000 t de matières sèches par an (rapport Ecrin, 2000). Les boues de STEP constituent un engrais naturel si les teneurs en métaux et composés organiques n’excèdent pas certaines valeurs. Parmi les substances potentiellement toxiques dans les boues, les éléments traces métalliques (ETM) font l’objet d’une surveillance particulière. En effet, à l’inverse des pathogènes et des micro-polluants organiques, les ETM n’offrent pas de possibilité de dégradation. Toute quantité d’ETM apportée dans un sol ne peut que s’y accumuler et, suivant les conditions physico-chimiques du milieu, être potentiellement transférable vers les eaux souterraines et les végétaux. Ainsi, l’arrêté ministériel du 8 janvier 1998 interdit l’épandage si les teneurs en Nickel dépassent 50 mg/kg. De plus, si la pente excède 7 % ou si le pH du sol est inférieur à 5, des restrictions sont imposées. 1.2. OBJECTIFS DE L’ETUDE Dans les 4 départements de Franche Comté, de fortes teneurs naturelles en nickel dans les sols sont susceptibles d'être observées. Ces teneurs posent un problème d'ordre réglementaire pour l'épandage des boues. En effet, le décret du 8 décembre 1997 et son arrêté du 8 janvier 1998 exigent, pour des sols à plus de 50 mg/kg de nickel total, une étude prouvant que le métal n'est "ni mobile, ni biodisponible". Dans ce cas, une dérogation préfectorale peut alors être accordée. A ce propos, un guide technique, effectuée par l'ADEME et l'APCA en 2005, propose en particulier un logigramme de décision en fonction des teneurs en nickel et du pH du sol pour définir son aptitude à l’épandage de boues. Dans ce cadre, l’objectif de la présente étude est : d’effectuer une synthèse des connaissances sur ce sujet ; d’identifier les types de sols pour lesquels l'origine géologique du Nickel est fortement probable ; BRGM/RP-55302-FR – Rapport final 9 Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois de proposer une stratégie dans l'instruction des dossiers, à savoir quelles sont les conditions à remplir pour : o un épandage sans étude complémentaire ; o un épandage possible sous réserve d'une étude complémentaire ; o un épandage impossible. La présente étude s’appuie sur une analyse bibliographique et sur la valorisation de la base de données de l’inventaire minier (BRGM, SNEAP) pour répondre à ces objectifs. 2. Synthèse des connaissances sur le nickel dans les sols 2.1. LE NICKEL DANS LES SOLS 2.1.1. Origine naturelle Les teneurs en métaux mesurés dans les sols résultent de processus naturels. En effet, les sols se sont formés aux dépens de roches ou de formations superficielles. Ainsi, en l’absence de tout apport d’origine anthropique, la composition géo-chimique d’un sol est héritée du matériau géologique parental. Il en résulte une concentration pédo-géochimique naturelle (CPGN) correspondant à cet état. Cette CPGN peut varier sensiblement, de manière spatiale, en fonction de la nature du matériau parental (héritage), de l’histoire géologique locale, du type et de la durée de la pédogénèse, d’où la nécessité de la prendre en compte au niveau local dans la problématique de l’épandage des boues de STEP. En France, le nickel se rencontre dans 5 catégories principales de sols : 10 - sols développés sur des roches ferro-magnésiennes (basaltes, serpentinites…). Le nickel est particulièrement abondant dans les minéraux primaires silicatés (olivine, pyroxènes) et les minéraux secondaires de type serpentine qui y sont associés ; - sols développés dans des moraines alpines contenant des minéraux provenant de roches basiques et ultrabasiques ; BRGM/RP-55302-FR – Rapport final Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois - sols argileux, plus ou moins décarbonatés, riches en fer, issus de calcaires jurassiques ; - sols argileux et très riches en fer issus de roches minéralisées (calcaires du Sinémurien, marnes du Carixien) ; - sols calcaires développés directement à partir de calcaires jurassiques. L’analyse lithologique permet donc d’identifier les roches susceptibles de contenir du nickel. D’un point de vue géologique, la Franche-Comté est un pays calcaire, du moins dans toute sa partie centrale et orientale. Plus de 60 % des terrains qui affleurent sont calcaires. Seuls les secteurs comme la Serre près de Dole ou la partie méridionale des Vosges (qui ne comporte pas de terrain d’âge secondaire) font exception avec des roches métamorphiques et éruptives (granites en particulier) comportant quelques témoins de séries gréseuses. La succession des terrains est très variée à l’échelle locale. D’un point de vue pédologique, des raisons géologiques (prédominance des calcaires durs), tectoniques (intensité du plissement) et historiques (glaciations) font que les sols de haute Franche-Comté sont généralement assez superficiels (de types calcimagnésiques, colluviaux brunifiés, humo-calciques et bruns). En basse FrancheComté, la plus faible karstification et l’absence de rajeunissement par les glaciers autorise des sols plus profonds, développés dans des altérites mixtes, argiles de décarbonatation et placages limoneux (de types bruns lessivés, voire lessivés podzoliques). 2.1.2. Origine anthropique Les concentrations de ce métal dans les engrais et les amendements sont généralement inférieures à celles présentes dans les sols. Par ailleurs, le nickel n’est pas utilisé dans les pesticides. De ce fait, l’agriculture ne conduit pas à la contamination des sols. En revanche, le nickel est relâché dans l'air par les centrales et les incinérateurs de déchets. Ensuite, il se dépose sur les sols ou retombe après réaction avec l'eau de pluie. Il faut en général un certain temps pour éliminer le nickel de l'air. Le nickel peut aussi se retrouver dans les eaux de surfaces quand il est présent dans les eaux usées. La part la plus importante du nickel relâché dans l'environnement est adsorbée par les sédiments et les particules du sol et devient par conséquent immobile. Cependant, BRGM/RP-55302-FR – Rapport final 11 Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois dans les sols acides, le nickel devient plus mobile et il peut alors rejoindre les eaux souterraines et la biosphère. 2.1.3. Teneurs dans les sols D’après les différentes bases de données constituées à partir des analyses des sols français, le seuil de 50 mg.kg-1 est dépassé dans 659 cas sur 11 000 (BD ANADEME), dans 303 cas sur 1813 (BD ASPITET 2002), et dans 52 cas sur 758 (BD RG-NPC) sur le territoire français. Note : les bases de données ASPITET et RG-NPC incluent de nombreux horizons profonds, généralement plus riches en nickel. La BD ANADEME associe des analyses à l’eau régale et à l’acide chlorhydrique dont les résultats diffèrent notablement (un tiers de Ni dosé en moins avec une attaque à l’eau régale). Par ailleurs, ces bases de données ont permis de montrer qu’il existe une corrélation positive entre la teneur en nickel et le taux d’argile. Plus le sol est argileux, plus il risque de contenir une grande quantité de nickel d’origine naturelle. De la même façon, dès qu’un échantillon de sol contient plus de 4 % de fer total, il y a une grande probabilité pour que son taux de nickel dépasse le seuil de 50 mg/kg. Il existe également une forte corrélation entre le nickel et le chrome due à la géochimie de la roche-mère. 2.2. COMPORTEMENT DU NICKEL DANS LES SOLS Dans le sol, le nickel se distribue entre la phase solide et, dans une moindre mesure, la phase liquide (solution du sol). En phase solide, le nickel peut être : inclus dans des minéraux (primaires ou secondaires), co-précipité avec des phases minérales, incorporé dans la biosphère, complexé avec la matière organique ou adsorbé. La spéciation du nickel, c’est-à-dire, la répartition du nickel entre les différentes phases constitutives du sol, détermine sa mobilité dans le sol ; les formes les plus mobiles étant les formes adsorbées et solubles. 12 BRGM/RP-55302-FR – Rapport final Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois La fraction du métal associée à la matière organique solide est généralement faible, le nickel étant plus complexé par les formes solubles de la matière organique (essentiellement acides carboxyliques) que par les composés humiques précipités. A ce propos, Crouzet et Bourg (1992) ont montré l’importance de la teneur en matière organique apportée par les boues sur la mobilité du nickel Par ailleurs, la teneur en matière organique, plus ou moins soluble, dans le sol est corrélée au taux d’absorption des métaux par les plantes. Plusieurs facteurs du milieu influence la spéciation du nickel : le pH, le potentiel rédox, la température et l’humidité. • pH : c'est le plus important des facteurs contrôlant le statut du métal dans les compartiments du sol. D'une manière générale, un pH acide favorise la mobilité et la phytodisponibilité du nickel. • potentiel rédox : les faibles valeurs de potentiel rédox (milieu réducteur) favorisent la solubilisation des hydroxydes de fer et de manganèse, et contribuent ainsi à augmenter la concentration des éléments métalliques en solution, initialement absorbés ou co-précipités avec ces composants. A l’inverse, la précipitation des hydroxydes de fer et de manganèse, en milieu oxydant, entraîne une co-précipitation ou une sorption du nickel. Ce phénomène de piégeage est toutefois peu fréquent et très localisé. Il semble que le nickel co-précipite aussi avec les carbonates dans les environnements calcaires. L’abaissement du niveau piézométrique d’une nappe peut entraîner une oxydation de la partie dénoyée. Si cette zone contient des sulfures (pyrite, marcassite), contenant eux-mêmes du nickel, alors la dissolution des sulfures entraîne une augmentation des teneurs en nickel mais aussi en sulfates, fer, manganèse. • température et l'humidité : ces facteurs jouent un rôle important sur les réactions physico-chimiques et l'activité microbiologique du sol. L'absorption de métaux par les plantes nécessite des niveaux de température et d'humidité qui diffèrent selon l'exigence biologique des diverses espèces végétales. Cependant, les teneurs en nickel dans les plantes sont relativement faibles. La comparaison des teneurs dans le végétal à celles dans le sol conduit à considérer que le nickel est généralement peu phyto-disponible, à l’exception des plantes hyperaccumulatrices telles que l’Alyssum murale. Les teneurs sont généralement plus élevées dans les racines que dans les parties aériennes, sauf pour les légumineuses. BRGM/RP-55302-FR – Rapport final 13 Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois 3. Typologie des sols franc-comtois vis-à-vis des teneurs en nickel liées à la géologie 3.1. CADRE REGLEMENTAIRE Depuis 1985 et la norme NFU 44-041, la réglementation fixe notamment des limites de concentration en éléments traces métalliques (ETM) pour les sols récepteurs de boues de STEP. Ainsi, un sol considéré comme déjà riche en ETM n’est pas censé recevoir d’épandage de boues. Or, les teneurs en ETM du fond pédo-géochimique naturel sont très variables en France selon la composition initiale des matériaux parentaux des sols. Dans ce cas, la réglementation prévoit la possibilité de demander des dérogations suite à la réalisation d’une étude démontrant que les ETM ne sont « ni mobiles, ni biodisponibles » dans le sol (arrêté du 8 janvier 1998). Le tableau suivant présente les valeurs seuils en nickel dans les sols suivant la réglementation. ETM Ni Tableau 1 – Valeurs seuils en nickel pour les sols (France et UE) Valeurs seuils (mg/kg) Projet de révision de la directive européenne (2000) Directive Arrêté du 8 janvier 86/278/EEC, art. 4 1998, art. 11 5<pH<6 6<pH<7 pH>7 30 à 75 50 15 50 70 A la différence de la réglementation française, le projet de révision de directive européenne propose des valeurs seuils en fonction du pH des sols pour prendre en compte les conditions de mobilité du nickel. Notons cependant que les valeurs présentées dans ce tableau ne sont pas directement comparables dans la mesure où les méthodes d’extraction peuvent être différentes (acide fluorhydrique pour la réglementation française et acide fluorhydrique ou eau régale pour la réglementation européenne). A ce titre, il est préférable d’analyser les teneurs en ETM selon les méthodes normalisées (NF ISO 14869-1 et NF ISO 14869-2) qui utilisent des mises en solution par acide fluorhydrique, acide perchlorique ou fusion alcaline. La méthode de digestion à l’eau régale ne devra pas être utilisée car son rendement d’extraction est trop faible. Par ailleurs, l’arrêté du 8 janvier 1998 prévoit des restrictions lorsque le pH est inférieur à 5 ou lorsque la pente du terrain est supérieure à 7 % dans un rayon de 200 m de part BRGM/RP-55302-FR – Rapport final 15 Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois et d’autre d’une entité du réseau hydrographique (cas des boues non-stabilisées ou non solides). 3.2. DONNEES DISPONIBLES Pour définir le fond géochimique naturel d’une région donnée, on dispose actuellement de trois bases de données à l’échelle nationale : les bases de données de l’inventaire minier national, du programme INRA-ASPITET et du programme INRA-ADEME. Ces bases ayant été constituées pour des objectifs différents et à des périodes différentes présentent une forte hétérogénéité entre elles sur le plan des techniques d’échantillonnage, des méthodologies analytiques et du choix des éléments à analyser. Le tableau suivant résume le contenu et la nature des principales bases nationales. Tableau 2 – Comparaison des bases de données nationales ou régionales (source : Darmendrail et al., 2000) Nombre Organisme Type étude d'échantillons BRGM INRA ASPITET INRA ADEME Régionale (Inventaire minier) Locale Régionale 280 000 Surface couverte 101 536 km Type Densités d'échantillon 2 2,8 / km 2 Sols (20 %) Analyse Finalité Avantages Inconvénients DCP (90 %) ICP (10 %) Synthèses régionales Effectif stat. 7 éléments à LD inf. > Fonds limité au socle Vaste surface 1 310 11 000 (8 530 géoréf.) Variable 86 dépt. Variable Sédiments (80 %) Réservoirs crustaux Sols (avec horizons profonds) Estimation fonds par litho. Approche fonds pédo géoch. Sols (surface seulement) A.A. Variée Etat des sols agricoles en 1990 Densité élevée Analyse standard large population couverture hétérogène Lias-Juras. sur-représenté base d'analyses hétérogène La base de données du programme INRA-ADEME présente l’avantage d’être conçue à l’échelle nationale. Elle est conçue pour une finalité de gestion des sols agricoles dans le cadre des procédures d’épandage des boues de stations d’épuration. Les teneurs mesurées correspondent aux 30 premiers centimètres du sol, donc à des horizons qui ont été le réceptacle de toutes les contaminations agricoles diffuses, retombées atmosphériques et, éventuellement, de pollutions locales. Il est donc impossible, avec cette base, de remonter valablement au fond pédo-géochimique naturel. La base contient de nombreuses analyses, mais présente l’inconvénient de rassembler des données hétérogènes sur le plan de l’échantillonnage et des méthodes d’analyse. La base de données INRA-ASPITET est également conçue pour caractériser le fond géochimique des sols agricoles, avec une approche analytique sur plusieurs horizons du sol. Ces bases ont permis de mettre au point des stratégies d’interprétation et d’extrapolation spatiale (dite approche typologique). Cette méthode présente 16 BRGM/RP-55302-FR – Rapport final Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois l’avantage de réduire fortement le nombre d’analyses, mais nécessite au préalable une cartographie pédologique détaillée et une bonne connaissance de la lithologie sousjacente. L’inconvénient de cette base est qu’elle a une couverture hétérogène du territoire nationale avec une sur-représentation des formations liasiques et jurassiques. La base de données de l’inventaire minier (BRGM) présente l’avantage d’être le résultat d’une approche systématique et standardisée sur le plan de l’échantillonnage. Elle couvre de vastes surfaces avec une forte densité d’échantillons. Cette base fournit une information relativement fiable des caractéristiques du sol entre 30 et 50 cm de profondeur et exclut l’horizon humifère de surface. 3.3. METHODOLOGIE L’objectif consiste à identifier les types de sols franc-comtois pour lesquels l’origine géologique du nickel est fortement probable. Ainsi, afin de juger de l’origine naturelle du nickel dans les sols, une méthode consiste à échantillonner la partie basale du sol, située à l’abri des contaminations d’origine anthropique. Parmi les bases de données disponibles, nous avons retenu la base de données de l’inventaire minier du BRGM, complétée par les prospections SNEAP, qui présente l’avantage : - d’analyser les sols profonds, en lien avec la lithologie ; - d’utiliser une approche systématique et standardisée sur le plan de l’échantillonnage ; - d’avoir une bonne couverture du territoire nationale et une forte densité d’échantillonnage. Ainsi, à partir des cartes géologiques au 1/1 000 000 et au 1/50 000, nous avons cherché à identifier le fond pédo-géochimique naturel en caractérisant les formations géologiques avec les teneurs en nickel dans les sols (issues de la base de données de l’inventaire minier). Il en résulte une cartographie typologique des teneurs en nickel par formation géologique. BRGM/RP-55302-FR – Rapport final 17 Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois De cette manière, les concentrations mesurées sur un petit nombre de sites représentatifs d'une "série lithologique" sont extrapolées à l'ensemble des surfaces cartographiées comme correspondant à la même série. Selon cette démarche, il est donc possible de réaliser une carte pédo-géochimiques régionales des teneurs en nickel sans avoir recours à un échantillonnage systématique régulier. Cette méthode permet d’aboutir à la détermination des teneurs naturelles en nickel (origine géologique) dans les sols du secteur étudié. 3.4. ANALYSE STATISTIQUE Il s’agit de caractériser les sols de la région Franche-Comté vis-à-vis des teneurs en nickel à partir de la base de données de l’inventaire minier BRGM complété par les prospections SNEAP. Les échantillons de sols ayant été prélevés dans la partie basale des profils, les analyses rendent compte des teneurs en nickel d’origine géologique (héritage du matériau parental sus-jacent). La figure suivante présente la distribution des points d’analyses de sols sur fond géologique au 1/1 000 000. Compte tenu du nombre relativement limité de points en région Franche-Comté, nous avons complété la caractérisation des formations lithologiques en intégrant des données complémentaires en Bourgogne sur des formations géologiques similaires à celles rencontrées sur la zone d’étude. On dénombre ainsi 15 819 points d’analyses de sols. 18 BRGM/RP-55302-FR – Rapport final Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois Figure 1- Localisation des points de mesures géochimiques (inventaire minier national BRGMSNEAP) sur fond géologique au 1/1 000 000 BRGM/RP-55302-FR – Rapport final 19 Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois L’analyse statistique des données chimiques permet de définir plusieurs paramètres : - les valeurs minimales et maximales ; - le premier quartile Q1 (25 % des effectifs) ; - la valeur du deuxième quartile Q2 (50 % des effectifs) ou médiane ; - la valeur moyenne ; - le troisième quartile Q3 (75 % des effectifs). Le tableau page suivante présente, de manière synthétique, les caractéristiques chimiques de chaque formation stratigraphique en prenant la lithologie simplifiée définie à partir de la carte géologique au 1/1 000 000. 20 BRGM/RP-55302-FR – Rapport final Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois Stratigraphie dévonien moyen-supérieur Lithologie Nb. éch. leucogranites peralumineux 84 argiles, grès, schistes,argiles, sables, grès, marnes, 6 paléocène, éocène calcaires leucogranites peralumineux,microgranites, apligranites, viséen supérieur, namurien monzogranites, granodiorites, monzogranites, 2038 métagranites argiles, cailloutis, sables,cailloutis, argiles, sables, 50 pliocène, pléistocène inférieur galets schistes, grès, wackes, charbons,rhyodacites, 914 namurien, westphalien andésites, ignimbrites, rhyodacites, tuffites acides, ignimbrites, schistes, grès, charbons, conglomérats diorites, gabbros, granitoïdes indifférenciés, granodiorites, tonalites, quartzdiorites, leucogranites tournaisien, viséen inférieur 2607 peralumineux, microgranites, apligranites, monzogranites, granodiorites cambrien, ordovicien métagranites, orthogneiss,orthogneiss granitiques 56 grès, conglomérats, schistes, charbons,grès, permien 1173 conglomérats, tuffites, arkoses grès, conglomérats, quartzites,quartzites, trias inférieur 1045 conglomérats, schistes basaltes, tuffites basiques, dolérites,grès, stéphanien conglomérats, charbons, schistes, rhyodacites, tuffites 149 acides, ignimbrites briovérien supérieur, amphibolites,orthogneiss granitiques 260 cambrien pléistocène moyen-supérieur argiles, cailloutis, blocs,argiles, sables, graviers, galets Teneurs en nickel (mg/kg) Minimum 1er Quartile Moyenne Médiane 3eme Quartile Maximum 10 10.0 14.4 10.0 15.5 42 10 10.3 12.3 11.0 11.8 20 3 10.0 15.3 11.0 16.0 125 9 10.0 15.0 12.5 18.0 38 7 10.0 17.8 14.0 22.0 69 10 10.0 16.9 14.0 20.0 82 10 12.0 17.0 15.0 20.3 43 2 12.0 19.4 17.0 24.0 145 5 12.0 18.5 17.0 21.0 179 5 11.0 25.0 18.0 32.0 80 10 13.0 20.7 18.0 25.0 89 469 2 13.0 20.4 18.0 24.0 152 miocène, pliocène argiles, sables, graviers,sables, cailloutis, argiles 78 10 16.0 21.2 19.0 24.8 49 briovérien, cambrien métawackes, micaschistes, paragneiss,métawackes, schistes, micaschistes, migmatites paradérivées, paragneiss, amphibolites, leptynites 136 10 13.0 23.4 19.0 28.3 157 trias holocène tournaisien, viséen argiles, cailloutis, sables,marnes, évaporites, cargneules, dolomies sables, argiles, graviers, galets schistes, calcaires, grès, ampélites,basaltes, dolérites, spilites, rhyodacites, andésites, ignimbrites, schistes, grès, wackes, conglomérats 1 20 20.0 20.0 20.0 20.0 20 306 5 13.3 24.1 20.0 28.0 133 1186 6 14.0 26.1 20.5 31.0 715 dévonien supérieur, dinantien wackes, schistes, calcaires, grès 91 10 15.5 20.7 21.0 24.0 64 jurassique marnes, calcaires, dolomies, argiles argiles, grès, marnes, dolomies,dolomies, marnes, évaporites, grès, marnes, dolomies, argiles paragneiss plagioclasiques andésito-basaltes, tuffites basiques, schistes verts,schistes, calcaires, grès, tuffites dolomies, marnes, évaporites,marnes, dolomies, grès, argiles marnes, calcaires, conglomérats, grès,marnes, conglomérats, grès, marnes, grès, conglomérats, calcaires, sables, marnes, argiles, conglomérats marnes, calcaires, argiles,marnes, calcaires, argiles, sables, marnes, schistes noirs, calcaires calcaires, dolomies, schistes,marnes, argiles, grès, dolomies 18 15 18.3 23.4 22.0 27.0 42 1498 7 15.0 26.7 22.0 33.0 129 282 10 18.0 26.0 25.0 33.8 62 228 10 12.8 27.3 25.5 37.0 129 718 7 18.0 28.9 27.0 36.0 108 28 12 20.5 43.2 29.5 38.3 218 184 10 22.0 30.7 30.0 38.0 77 364 7 24.0 35.7 31.0 42.0 149 1481 5 26.0 44.9 40.0 56.0 281 trias moyen-supérieur cambrien, ordovicien dévonien moyen-supérieur trias moyen oligocène jurassique supérieur trias supérieur jurassique inférieur jurassique moyen paléocène, éocène calcaires, marnes, grès, argiles, dolomies,dolomies, marnes, calcaires, marnes, calcaires, schistes, marnes, dolomies, calcaires, grès calcaires, calcschistes, marnes,calcaires, marnes, calcaires, marnes, dolomies basanites, hawaïtes, téphrites 368 7 28.0 46.2 40.0 55.0 363 1 42 42.0 42.0 42.0 42.0 42 Tableau 3 – Teneurs en nickel par niveau stratigraphique (croisement de la BD inventaire miner et de la carte géologique au 1/1 000 000) Ce tableau montre globalement une bonne représentation statistique des différents niveaux stratigraphiques avec une moyenne de 545 points d’analyse de sol par formation géologique. Cependant, les formations du Paléocène, de l’Eocène et du Trias sont moins bien représentés avec un nombre restreint d’échantillons de sol (6 à 1 au minimum). Les valeurs médianes et moyennes des teneurs en nickel dans les sols sont toutes inférieures à 50 mg/kg (valeur-seuil). BRGM/RP-55302-FR – Rapport final 21 Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois Toutefois, les sols présents sur les formations du Jurassique moyen et inférieur ont globalement des teneurs élevées en nickel (3ème quartiles supérieures à 50 mg/kg). Par ailleurs, certaines valeurs maximales de teneur en nickel sont largement plus élevées que la valeur médiane : on parle alors d’anomalie géochimique. Ce cas de figure se rencontre notamment au niveau de la formation du Tournaisien-Viséen où la valeur atteint 715 mg/kg. La résolution spatiale offerte par la cartographie géologique au 1/1 000 000 ne permet pas d’identifier des zones de dépassement de la valeur-seuil de 50 mg/kg (seulement 29 niveaux stratigraphiques identifiés sur la zone d’étude). Par conséquent, nous avons appliqué le même raisonnement en utilisant cette fois une résolution spatiale plus précise à l’échelle 1/50 000. De cette façon, il est possible d’identifier des zones de dépassement potentiel de la valeur-seuil. En outre, compte tenu de la méthode adoptée, ces zones de dépassement seront identifiées comme étant d’origine géologique. Notons toutefois qu’une résolution plus fine du contexte géologique tend, bien entendu, à diminuer la représentativité de la caractérisation des formations stratigraphiques visà-vis des teneurs en nickel (densité d’échantillonnage plus faible par niveau stratigraphique). On dénombre 321 formations stratigraphiques, à l’échelle 1/50 000, pour lesquelles on dispose de données géochimiques de sol. La figure suivante présente la distribution des teneurs en nickel pour chacun des niveaux stratigraphiques. 22 BRGM/RP-55302-FR – Rapport final Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois maximum médiane minimum nb. échantillon / niveau strati. 10000 Teneur en nickel (mg/kg) 1000 100 100 50 Nb. éch. / formation strati. 1000 10 10 0 50 100 150 200 250 300 1 350 Nombre de formations stratigraphiques Figure 2 – Teneurs en nickel et nombre d’échantillon de sol par niveau stratigraphique (321 niveaux à l’échelle 1/50 000) En premier lieu, les niveaux géologiques sont caractérisés par 1 à 1053 analyses de sols suivant les cas, avec une valeur médiane à 7. En d’autres termes, environ 57 % des niveaux stratigraphiques sont décrits par 1 à 11 analyses de sols, tandis que les 43 % restants sont décrits par 12 à 1053 analyses. Pour faciliter la lecture, les niveaux stratigraphiques ont été classés par valeurs médianes croissantes. Ainsi, d’après les données disponibles, la valeur médiane des teneurs en nickel (fond géochimique) dépasse le seuil de 50 mg/kg dans 10,6 % des cas en Franche-Comté. Le tableau suivant présente les formations lithostratigraphiques pour lesquelles le fond géochimique (valeur médiane) est supérieur au seuil de 50 mg/kg. BRGM/RP-55302-FR – Rapport final 23 Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois Tableau 4 – Teneurs en nickel par niveau stratigraphique (croisement de la BD inventaire miner et de la carte géologique au 1/50 000) – Sélection des valeurs médianes > 50 mg/kg Code strati. l2 B/l2C j3 l3a j2E l4b-c l1-2 j2POE t-l2 B/tli t7-l1 l3b-c l4c l6a l2¹ B/l3-4 l2-3 l4a l3-4 l4-j1 j3a l3-5 l2c-3MC l2b H l3M t-li B/t-l2 B/l2-4 B/l5-6 ¡/l ¡C l2-4 B/l2-4(3) Teneur en nickel (mg/kg) Lito-stratigraphie Nb. Éch. Minimum 1er Quartile Moyenne Médiane 3ème Quartile Maximum Argiles, marnes, calcaires (Lotharingien-Sinémurien) 74 27 42.0 58.7 51.0 68.8 147 Formations de plateaux : limons anciens : argileux et ferrugineux, rouges 2 49 50.5 52.0 52.0 53.5 55 Calcaires et calcaires marneux (Callovien, Bathonien inf.) 5 41 43.0 52.6 52.0 59.0 68 Marnes et argiles gris foncé (Domérien), Marnes à Bélemnites (Carixien, 63 10 38.0 52.8 52.0 62.5 100 pliensbachien inf.) Calcaire à entroques (Bajocien inférieur) 27 26 41.0 60.7 54.0 73.0 121 Marnes micacées, marnes bleues (Toarcien moyen et supérieur) 63 20 35.0 60.1 54.0 70.0 363 Calcaire à Gryphées, calcaire marneux (Hettangien-Sinémurien) 25 26 43.0 52.5 55.0 65.0 76 Calcaires à polypiers, calcaires à entroques, Calcaires à oolites cannabines 2 51 53.5 56.0 56.0 58.5 61 (Bajocien inférieur à moyen) Ensemble argilo-marneux avec lits et petits bancs calcaires, gréseux ("Grés blonds"), dolomitiques, ferrugineux ; amas de gypse au sud-est (Carnien 10 30 51.0 57.0 56.5 59.0 89 Hettangien) Formations de plateaux : limons anciens : argilo-sableux brun-beige du pays 2 52 54.5 57.0 57.0 59.5 62 d'Arnay Marnes noires reposant sur des calcaires compacts, lumachelliques à 9 28 44.0 60.6 59.0 76.0 107 Cardinies (Rhétien). Calcaires marneux, marnes à Pleuroceras spinatum ou Amaltheus 24 18 41.5 70.0 59.5 82.3 276 margaritatus (Plienbachien: Domérien) Marnes micacées (Toarcien supérieur) 13 32 41.0 57.4 60.0 62.0 112 Marnes (Aalénien, Domérien) 6 31 46.8 54.3 60.0 64.3 67 Calcaires variés, lumachelles, oolithes ferrugineuses (Hettangien calcaire du 2 55 58.5 62.0 62.0 65.5 69 pays d'Arnay et d'Epinac) Formations de plateaux : limons anciens : argileux et ferrugineux, rouges 1 63 63.0 63.0 63.0 63.0 63 Calcaire à Belemnites et calcaire ocreux, marnes (Sinémurien supérieur11 29 49.0 69.6 64.0 92.0 130 Carixien) Argiles et "Schistes cartons" (Toarcien inférieur) 9 23 35.0 58.6 65.0 72.0 105 Ensemble calcaire (Sinémurien s,l) 3 43 54.5 68.7 66.0 81.5 97 Calcaire et calcaire oolitique sableux roux, marnes sableuses, minerai de fer 84 12 49.8 78.3 67.5 93.3 343 (Toarcien supérieur-Aalénien) Calcaires, ooloithes ferrugineuses (Callovien, Bathonien sup.) 7 60 63.5 70.3 68.0 74.5 88 Calcaires à Gryphées et calcaires à Ammonites (Carixien, Lotharingien, 25 35 48.0 70.5 68.0 96.0 115 Sinémurien s,s) Marnes et calcaires à Prodactylioceras davoei et Echioceras (Sinémurien 13 36 53.0 90.6 69.0 105.0 281 supérieur-Domérien inférieur) Marnes schistoïdes (Sinémurien supérieur: Lotharingien inférieur) 26 17 53.3 77.2 71.0 97.3 172 Complexe argileux superficiel 3 20 46.0 61.0 72.0 81.5 91 Marnes et calcaires à Pleuroceras spinatum (Pliensbachien: Domérien 3 67 69.5 81.0 72.0 88.0 104 supérieur) Argiles et marnes à petits bancs gréseux et carbonatés interstratifiés (Rhétien et Hettangien infèrieur ?) ; grès de base quartzeux, moyens à fins + 6 52 56.8 75.5 72.0 94.8 103 ou - friables (Rhétien et Trias plus ancien ?) Formations de plateaux : limons anciens argilo-sableux brun-beige 6 16 64.0 69.7 75.5 89.3 97 Formations de plateaux : limons anciens argileux et ferrugineux, rouges 11 47 75.0 88.4 90.0 99.0 146 Formations de plateaux : limons anciens argileux et ferrugineux, rouges 8 76 80.8 103.5 96.0 113.0 167 Formations à dominante argileuse du Lias : "manteau" à dominante argileuse 1 102 102.0 102.0 102.0 102.0 102 sur formations liasiques non différenciés Complexe de formation de versants : formations hétérogènes : Complexe 2 83 94.0 105.0 105.0 116.0 127 colluvial dominant Plateau calcaire de Marcheseuil (Hettangien - Sinémurien) 4 112 112.8 130.0 127.5 144.8 153 Formations de plateaux : limons anciens : argileux et ferrugineux, rouges, 1 129 129.0 129.0 129.0 129.0 129 avec chailles Parmi ces formations, les teneurs en nickel se distribuent entre 10 et 363 mg/kg. Si l’on retient les formations avec une forte densité d’échantillonnage, on remarque globalement une forte dispersion des teneurs en nickel. C’est le cas par exemple du Toarcien supérieur-Aalénien (l4-j1) où les valeurs s’échelonnent entre 12 et 343 mg/kg. A partir de la Figure 2, il est possible de déterminer 4 domaines d’occurrence de dépassement ou non du seuil de 50 mg/kg : 24 BRGM/RP-55302-FR – Rapport final Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois - si la teneur maximale en nickel est inférieure au seuil, le risque de dépassement est faible voire nul suivant la quantité d’échantillons prélevés (risque faible) ; - si la teneur maximale est supérieure au seuil, il existe un risque de dépassement (risque moyen) ; - si la teneur médiane est supérieure au seuil, il existe un risque fort de dépassement (risque fort) ; - si la teneur minimale est supérieure au seuil, il existe un risque très élevé de dépassement (risque très fort). Cette évaluation semi-quantitative du risque de dépassement du seuil de 50 mg/kg pour le nickel dans les sols franc-comtois est à mettre en relation avec la densité d’échantillons par niveau litho-stratigraphique afin de juger de la pertinence de la caractérisation. Ainsi, en appliquant cette démarche sur le territoire de Franche-Comté, on obtient une cartographie des sols pour lesquels l’origine géologique du nickel est fortement probable (utilisation de la base de données inventaire miner) et avec un critère d’évaluation du risque de dépassement du seuil de 50 mg/kg (analyse semiquantitative). BRGM/RP-55302-FR – Rapport final 25 Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois Figure 3 – Nickel d’origine géologique dans les sols franc-comtois - Carte de risque de dépassement du seuil de 50 mg/kg dans les sols profonds (supports : cartes géologiques au 1/1 000 000 et 1/50 000) Les risques faibles ou moyens occupent la majeure partie de la région Franche-Comté. Rappelons que ces zones rendent compte respectivement d’une absence de valeurs supérieures à 50 mg/kg ou de l’existence d’anomalies géochimiques (valeur maximale supérieure à 50 mg/kg et valeur médiane inférieure à 50 mg/kg). Cette cartographie permet d’identifier des sols où le nickel d’origine géologique risque de dépasser le seuil de 50 mg/kg. C’est le cas notamment en Haute-Saône, dans le Doubs, et plus localement dans le Jura, où l’on rencontre des risques forts à très forts. Cette cartographie présente également un indice de confiance sur l’évaluation du risque par niveau litho-stratigraphique en faisant figurer les zones pour lesquelles on 26 BRGM/RP-55302-FR – Rapport final Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois dispose de moins de 7 points de mesure (en pointillés). L’évaluation de l’importance du risque doit donc être pondérée par cette information. Ainsi, les zones identifiées avec un « risque faible », et pour lesquelles le nombre d’analyses de sol est limité, pourraient avoir localement des valeurs anormalement élevées (présence d’anomalies géochimiques). En revanche, on peut raisonnablement accorder un haut niveau de confiance sur l’évaluation du risque dans la partie nord de la Haute-Saône où la densité d’échantillonnage est forte (cf. Figure 1). 4. Proposition d’une stratégie pour l’instruction des dossiers d’épandage des boues domestiques Il s’agit à présent de proposer une stratégie dans l'instruction des dossiers, à savoir quelles sont les conditions à remplir pour : o un épandage sans étude complémentaire ; o un épandage possible sous réserve d'une étude complémentaire ; o un épandage impossible. Au préalable, il convient de définir les zones potentielles d’épandage de boues de STEP sur la région Franche-Comté. 4.1. ZONES D’EPANDAGE 4.1.1. Méthode de définition des zones d’épandage des boues Pour définir les zones potentiellement épandables, nous utiliserons 3 couches d’informations : - la cartographie des teneurs en nickel dans les sols ; - le modèle numérique de terrain de l’IGN au pas de 50 m ; - la couche d’occupation du sol issue de la base Corine Land Cover de l’IFEN. BRGM/RP-55302-FR – Rapport final 27 Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois a) Cartographie des teneurs en nickel Il s’agit de la cartographie du risque de dépassement du seuil de 50 mg/kg dans les sols franc-comtois, résultant du croisement entre les informations géochimiques (inventaire minier national) et les informations litho-stratigraphiques au 1/1 000 000 et 1/50 000 (approche analogique), complété par un traitement semi-quantitatif (cf. Figure 3 et chapitre 3). b) Modèle numérique de terrain La législation sur l’épandage des boues prévoit une exclusion des zones à pente supérieures à 7% et situées à moins de 200 m d’une rivière si les boues ne sont pas stabilisées. Cette distance est réduite à 100 m si les boues sont solides et stabilisées (annexe II de l’arrêté du 8 janvier 1998). Par conséquent, le modèle numérique de terrain de l’IGN (pas de 50 m) a été traité à l’aide du logiciel ArcView afin de définir les pentes du terrain à proximité des cours d’eau. Ainsi, seront exclues de l’épandage les zones où la pente est supérieure à 7% dans un rayon de 200 m de part et d’autre du réseau hydrographique (issu de la BD Carthage). c) Occupation du sol Cette couche d’information, dérivée de la base européenne Corine Land Cover gérée par l’IFEN, définit les principales zones d’occupation des sols en cinq classes principales : - territoires artificialisés (1) ; - territoires agricoles (2) ; - forêts et milieux semi-natuels (3) ; - zones humides (4) ; - surface en eau (5). Dans la mesure où l’épandage des boues est autorisé sur les territoires agricoles, sous réserve de respect des normes en vigueur, seules ces zones seront sélectionnées dans la base comme potentiellement épandables. 28 BRGM/RP-55302-FR – Rapport final Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois 4.1.2. Cartographie Le croisement de ces trois couches d’information permet d’aboutir à une cartographie des zones potentielles d’épandage des boues de STEP (Figure 4). Figure 4 – Nickel d’origine géologique dans les sols franc-comtois sur les zones d’épandage potentiel (supports : cartes géologiques au 1/1 000 000 et 1/50 000) BRGM/RP-55302-FR – Rapport final 29 Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois Ainsi, les zones où l’épandage est interdit correspondent aux territoires non-agricoles et aux zones où les pentes sont supérieures à 7 % dans un rayon de 200 m de part et d’autre du réseau hydrographique (représentées en blanc sur la carte). Sur la surface potentiellement épandable restante, 4 situations peuvent se rencontrer vis-à-vis du risque de dépassement du seuil de 50 mg/kg de nickel d’origine naturelle dans les sols : risque faible, moyen, fort ou très fort. Cependant, rappelons que la notion de risque est ici établie à partir des seules données disponibles et en s’appuyant sur une approche analogique : les sols issus d’une même série litho-stratigraphique sont admis comme étant similaires du point de vue des teneurs en nickel. Par conséquent, cette cartographie, qui apporte des indications sur les teneurs naturelles en nickel dans les sols, mérite d’être vérifiée lors de l’étude préalable d’épandage. Néanmoins, cette carte renseigne l’utilisateur sur la teneur naturelle en nickel dans les sols. En effet, sous réserve d’un nombre suffisant de points représentatifs : - les zones où le risque est faible (en bleu) semblent propices à l’épandage des boues (teneurs naturelles en nickel inférieures à 50 mg/kg), mais n’exclues pas la présence de fortes teneurs dans la partie superficielle qui seraient alors d’origine anthropique ; - les zones où le risque est moyen à très fort (en rose, orange et rouge) correspondent aux secteurs où les teneurs en nickel d’origine naturelle peuvent être élevées. Notons que dans la partie superficielle de ces sols, les teneurs peuvent être inférieures ou supérieures au seuil de 50 mg/kg. Ainsi, conformément à la réglementation, une analyse systématique des sols (partie superficielle) doit être engagée, lors de l’étude préalable à l’épandage, car il peut exister localement des anomalies géochimiques, résultant des phénomènes d’érosionreprécipitation lors de la pédogénèse, ou des pollutions d’origine anthropique. Ensuite, si les teneurs en nickel dépassent la valeur-seuil de 50 mg/kg, alors la demande de dérogation pourra se faire suivant le logigramme proposé par le guide technique de l'ADEME et APCA en 2005 (Figure 5). Ce logigramme de décision permet de définir l’aptitude d’un sol à l’épandage de boues en fonction des teneurs en nickel, des valeurs de pH, de l’origine du nickel, de sa mobilité et de sa phytodisponibilité (consulter ce guide pour avoir plus de détails sur la méthodologie). 30 BRGM/RP-55302-FR – Rapport final Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois Figure 5 – Logigramme de décision pour une demande de dérogation appliquée au nickel (source : ADEME et APCA, 2005) BRGM/RP-55302-FR – Rapport final 31 Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois 5. Mise en œuvre de la demande de dérogation Deux types de demandes de dérogation sont possibles : - une demande simplifiée : des dérogations systématiques peuvent être délivrées lorsque les teneurs des sols en nickel (Ni) sont légèrement au-dessus des seuils prévus (50 < Ni mg.kg-1 ≤ 70), et lorsque le pH du sol est suffisamment élevé pour limiter la mobilité des éléments (> 7). - une demande détaillée qui s’articule autour de trois axes : • démonstration de l‘origine "naturelle", géologique ou pédogénétique des teneurs en nickel mesurées ; • étude de la mobilité du nickel dans les sols ; • étude de la biodisponibilité, et du transfert possible du nickel vers les plantes. Ce chapitre vise à apporter un complément d’information sur les tests analytiques permettant de démontrer : - l’origine naturelle du nickel dans les sols ; - la faible mobilité du nickel ; - la faible phytodisponibilité du nickel (extraction rapide). Il s’agit de retranscrire de manière synthétique, les principales indications figurant dans le guide technique édité par l’ADEME et l’APCA en 2005. Dans tous les cas, la demande de dérogation devra comporter les éléments suivants : - références documentaires sur le comportement du nickel dans les sols et les teneurs usuelles ou anomaliques ; - description géologique, hydrogéologique, lithologique et pédologique de la zone concernée ; - description des activités humaines sur ou à proximité du site. 5.1. ORIGINE NATURELLE DU NICKEL DANS LES SOLS La démonstration d’une origine naturelle du nickel peut se faire en 3 étapes avec un degré de complexité croissant : 32 BRGM/RP-55302-FR – Rapport final Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois - Recherche d‘études ou de demandes de dérogations existant sur de mêmes types de sols et/ou de documents locaux, de type études géologiques ou pédologiques ; - Etude du contexte géologique et pédologique local ; - Prélèvement et analyse de terres. 5.1.1. Recherche d’études ou de demandes de dérogations Il s‘agit de démontrer que les sols concernés par le dépassement de seuils peuvent se rattacher à une série de sols déjà connue et étudiée afin de transposer les conclusions déjà acquises. Si tel est le cas, l'étude est finie. 5.1.2. Etude du contexte géologique et pédologique local Cette étude doit renseigner sur la présence de roches ou de minéraux potentiellement riches en Ni, qui est un indice de l‘origine naturelle du Nickel. Le nickel est par exemple naturellement présent dans les roches calcaires ferrugineuses et dans certains minéraux (péridots, pyrite, pyroxène, serpentine…). 5.1.3. Prélèvement et analyse de terres La méthode de référence citée dans l'arrêté est la norme NF X31-100 "Qualité des sols. Echantillonnage. Méthode de prélèvement d‘échantillons de sol". Afin de définir l’origine naturelle ou non du nickel dans les sols, il est conseillé de réaliser une fosse, d’en décrire les horizons pédologiques, et de prélever et analyser les éléments traces métalliques dans chaque horizon. Sinon, il est possible d’effectuer des prélèvements et analyses de sols à 3 profondeurs différentes sur 1,5 m (surface, intermédiaire et matériau parental) dans la mesure du possible. Concernant les analyses des ETM dans les sols, les deux seules méthodes conseillées sont : - NF ISO 14869-1. Qualité du Sol. Mise en solution pour la détermination des teneurs élémentaires totales. Partie 1 : Mise en solution par l‘acide fluorhydrique et l‘acide perchlorique. - NF ISO 14869-2. Qualité du Sol. Mise en solution pour la détermination des teneurs élémentaires totales. Partie 2 : Mise en solution par fusion alcaline. BRGM/RP-55302-FR – Rapport final 33 Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois Il existe une méthode de digestion à l'eau régale (NF ISO 11466) qui ne devra pas être utilisée car son rendement d‘extraction pour les éléments majeurs et certains éléments en traces métalliques est trop faible. Pour une meilleure comparabilité des résultats, il est préférable de faire appel aux méthodes normalisées recommandées et à des laboratoires expérimentés, travaillant sous assurance-qualité. Etude des corrélations entre éléments Cette méthode, basée sur des corrélations naturelles, nécessite d’analyser le nickel mais également Fe, Cr, Cu, Co, Zn, taux d’argile. Dans le cas où l’on dispose de plusieurs horizons superposés, en un ou plusieurs points, il s’agit d’établir le rapport Ni / X (avec X : Fe, Cr, Cu, Co, Zn ou taux d’argile) et de voir son évolution de l'horizon de surface vers l’horizon profond. Si ce rapport est constant, cela signifie que la relation naturelle héritée du matériau parental est conservée jusqu'en surface, quel qu'ait été l'impact des processus de pédogenèse ultérieurs. La relation naturelle est demeurée intacte. Il est possible de conclure qu'il n'y a pas eu de contamination en Ni par les activités humaines. Dans le cas où l’on dispose seulement de plusieurs horizons de surface (au moins 4), il s’agit de montrer que les variations de teneurs en nickel sont directement proportionnelles aux variations des teneurs en Fe, Cr, Cu, Co ou Zn. Évidemment, dans ce cas, une double contamination en Ni et Fe/Cr/Cu/Co/Zn peut être évoquée mais celle-ci reste bien peu probable. Etude des profils de teneurs Les teneurs en Nickel de l'horizon de surface sont comparées à celles des horizons immédiatement sous-jacents. Il convient alors de prélever 3 ou 4 horizons superposés en un même point et pas seulement l'horizon de surface labouré (dans une fosse ou avec une tarière) et faire analyser les 3 ou 4 échantillons en ce qui concerne les propriétés agro-pédologiques classiques (granulométrie, carbone organique, CEC, calcaire, pH), les teneurs totales en nickel et en un ou deux éléments majeurs de référence (fer, aluminium). Ainsi, une teneur en nickel beaucoup plus forte en surface qu'en profondeur est souvent l'indice d'une contamination par une ou plusieurs activités humaines. Cette méthode repose sur l'hypothèse que, en cas de pollution, l'élément polluant est resté en surface ; l'interprétation est rendue difficile voire impossible s'il y a eu migration de ce polluant vers la profondeur (ce qui peut arriver par exemple dans le cas de sols sableux acides ou de podzols). 34 BRGM/RP-55302-FR – Rapport final Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois Calcul de facteurs d'enrichissement Cette méthode est complémentaire de la précédente. Pour chaque horizon de sol, on peut calculer le facteur d‘enrichissement FE tel que : FE = ([Ni]HS / [EC]HS) / ([Ni]MP / [EC]MP) pour lequel EC représente un élément de référence (élément conservatif choisi pour sa mobilité minimale comme Al). L‘indice HS se rapporte à un horizon de sol et MP au matériau parental (ou, à défaut, la base du profil). Si FE est sensiblement supérieur à 1, l‘horizon de surface apparaît enrichi en Ni. Si par contre les teneurs dans les horizons sont d‘origine géologique, FE est alors voisin de 1, voire inférieur à 1, du fait de l‘altération pédogénétique. 5.2. ETUDE DE LA MOBILITE DU NICKEL DANS LES SOLS Démontrer la non-mobilité du Nickel revient à démontrer son faible passage en solution dans l’eau, lors d’un essai de lixiviation. Il s’agit d’un test statique qui consiste à mettre en contact l'échantillon de sol avec un lixiviant (eau additionnée de CaCl2 à 0,001 mol L-1) sous agitation pendant 24 heures afin d‘en extraire les substances solubles. Cet essai repose sur l‘hypothèse que l‘équilibre ou le quasi-équilibre est atteint entre les phases liquide et solide pendant la durée de l‘essai. Le résidu solide est ensuite séparé par filtration. Les propriétés des éluats sont mesurées au moyen de méthodes conçues pour l‘analyse de l‘eau et adaptées afin de satisfaire aux critères d‘analyse des éluats. Le seuil provisoire d‘investigation proposé par le guide technique de l’ADEME-APCA est de 20 µg/l. Dans l‘état actuel des connaissances, le dépassement de ce seuil traduirait une mobilité plus importante du Nickel et donc un refus de dérogation. Ce seuil a été établi à partir d’une cinquantaine d‘échantillons de sols ”ordinaires‘. Ce seuil pourrait néanmoins être modifié à l’occasion d’études complémentaires ou de nouvelles demandes de dérogations. 5.2.1. Matériel La mise en œuvre de l'essai de lixiviation nécessite : - un échantillon de terre tamisé à 4 mm - un verre borosilicaté d‘une grande pureté, possédant un volume nominal de 1 litre, des flacons en verre munis de bouchons en matériau inerte, par exemple en PTFE (polytétrafluoréthylène). Lorsque seuls des paramètres inorganiques sont analysés, BRGM/RP-55302-FR – Rapport final 35 Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois d‘autres matériaux peuvent être utilisés pour les flacons, comme par exemple le HDPE/PP, excepté pour les échantillons non préservés servant à l‘analyse du mercure (risque de contamination du Hg par le Hg d‘origine atmosphérique). Pour le dosage ultérieur des paramètres inorganiques comme les éléments en traces métalliques, un rinçage à l'acide nitrique 0,1 mol L-1 (de qualité analytique) est obligatoire. - un lixiviant : eau déminéralisée, eau déionisée ou eau d‘une pureté équivalente (5 < pH < 7,5) avec une conductivité < 0,5 mS m-1 amenée à 0,001 M de CaCl2. - un système d'agitation : agitateur à retournements (5 tours/min à 10 tours/min) ou table à rouleaux effectuant environ 10 tours/min. - un système de filtration et filtres à 0,45 µm (comme pour le flacon en verre, ces 2 éléments sont à rincé à l'acide nitrique pour le dosage ultérieur des éléments en traces métalliques). 5.2.2. Description simplifiée de l'essai L’essai de lixiviation se déroule comme suit : - Pesée de 90 g de terre en équivalent de matière sèche dans le flacon - Ajout de la quantité de lixiviant nécessaire à obtenir un rapport liquide/solide de 10 - Mélange du contenu - Flacon placé dans le dispositif d'agitation pendant 24 h - Après 24h, il faut séparer les phases par décantation, centrifugation et filtration L'éluat ainsi obtenu est conservé au froid avant analyse. Précisons qu’il est recommandé de réaliser un essai à blanc pour évaluer les éléments en traces métalliques relargués par les matériels utilisés. 5.3. PHYTODISPONIBILITE DU NICKEL (EXTRACTION RAPIDE) La biodisponibilité du nickel correspond à son aptitude à être transféré d‘un compartiment quelconque du sol vers un organisme vivant (racine d‘une plante, microorganismes, mésofaune…). La phytodisponibilité représente donc la quantité du nickel qui peut être transférée dans la plante durant son développement. 36 BRGM/RP-55302-FR – Rapport final Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois Pour estimer la phytodisponibilité du nickel, il existe différentes méthodes chimiques, basée notamment sur des extractions au moyen de solutions salines ou de chélatants. Pour la demande de dérogation, il est proposé d‘utiliser les méthodes suivantes : - NF ISO 17870. Qualité du Sol. Extraction des éléments en traces par une solution tamponnée de DTPA. - Les méthodes d’extraction au NaNO3, CaCl2 0,01 mol.L-1 et NH4NO3 à 1 mol.L-1. Ainsi, le seuil provisoire d‘investigation pour évaluer de la phytodisponibilité du nickel, par une extraction au NH4NO3 à 1 mol L-1, est de 1,5 mg kg-1. Dans l‘état actuel des connaissances, le dépassement de ce seuil traduirait une mobilité plus importante du Nickel et donc un refus de dérogation. D’un point de vue pratique, l’extraction par des solutions salines consiste à dissoudre l’ensemble des ions adsorbés sur la phase solide du sol par échange ionique (ions phytodisponibles). Les ions échangeurs sont par exemple Na+ dans une solution de NaNO3 à 0,1 mol L-1, Ca2+ dans une solution de CaCl2 à 0,01 mol L-1 ou de Ca(NO3)2 à 0,5 mol L-1, ou NH4+ dans une solution de NH4NO3 à 1 mol L-1. Ainsi, la prise d‘essai de terre, séchée à l‘air et tamisée à 2 mm (norme NF ISO 11464), est agitée pendant deux heures dans la solution du sel, dans un rapport 1/10 ou 1/2,5 (M/V). La suspension est ensuite centrifugée et filtrée et le ou les éléments intéressants y sont dosés. Le matériel utilisé doit être préalablement trempé dans une solution de HNO3 à 4 mol.L1 pendant 24 h puis rincé à l‘eau désionisée. Pour la filtration, il faut utiliser des membranes filtrantes avec un système adapté de filtration en matière plastique. Il faut également conduire au moins un blanc d‘extraction avec chaque série d‘échantillons. CaCl2 à 0,01 mol L-1 NaNO3 à 0,1 mol L-1 NH4NO3 à 1 mol L-1 Prise d‘essai 5g 20 g 20 g Volume de solution 50 ml 50 ml 50 ml Agitation 20 °C ±2 °C, 120 min ±5 min, retournement à 30 tr min-1 20 °C ±2 °C, 120 min ±5 min, retournement à 30 tr min-1 20 °C ±2 °C, 120 min ±5 min, retournement à 30 tr min-1 Centrifugation 15 min à 1000 g 15 min à 1000 g 15 min à 1000 g BRGM/RP-55302-FR – Rapport final 37 Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois Filtration 0,22 µm 0,22 µm 0,22 µm Acidification 0,5 mL HCl 0,5 mL HNO3 0,5 ml HNO3 Si les différents réactifs sont utilisés sur une même série de sol pour extraire un même cation métallique, les résultats obtenus sont généralement différents mais linéairement corrélés entre eux (proportionnels). Cette proportion varie notamment avec la capacité d‘échange de l‘ion du réactif (le Na+ échange moins que le Ca2+). Notons que ces méthodes peuvent souffrir d‘une reproductibilité médiocre, inhérente aux faibles quantités extraites. Il est de ce fait préférable de s‘adresser à un même laboratoire pour obtenir des résultats comparables sur plusieurs analyses successives au cours du temps. En conditions contrôlées et homogènes (par exemple culture en serre d‘une variété unique sur un même sol à des degrés variés de contamination), les quantités extraites par les solutions salines sont bien corrélées à celles prélevées par un végétal. Ainsi, la méthode d‘extraction avec NH4NO3 à 1 mol L-1 a été retenue pour : - sa pertinence à prévoir les transferts des éléments cités vers les plantes, - sa robustesse analytique, - l‘existence de seuils allemands cohérents avec les seuils suisses et les teneurs dans les sols français. Il conviendra de confirmer ces seuils par des études complémentaires, ou à l‘occasion de nouvelles demandes de dérogations. 5.4. PERTINENCE DES TESTS CHIMIQUES PRATIQUES POUR VERIFIER LA PHYTODISPONIBILITE DES METAUX LOURDS PRESENTS DANS UN SOL AVANT EPANDAGE Comme cela a été présenté précédemment, les demandes de dérogation reposent sur la mise en œuvre de différentes méthodes d’analyses des terres. Ce chapitre a pour objet d’analyser la pertinence des tests chimiques proposés pour évaluer la phytodisponibilité des éléments métalliques présents dans un sol avant épandage de boues de station d’épuration. 5.4.1. Quelques définitions La détermination des concentrations « pseudo totales » en métaux lourds dans les sols permet de connaître le niveau de « contamination » initiale mais en aucun cas ne 38 BRGM/RP-55302-FR – Rapport final Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois fournit des renseignements sur la fraction de métaux susceptibles d’atteindre l’écosystème. Il est donc, indispensable de définir des paramètres tels que la biodisponibilité, la bioaccessibilité, la mobilité, la fraction mobilisable des métaux contenus dans les sols. La biodisponibilité et la bioaccessibilité La définition de ces deux termes concernant les métaux présents dans les sols est compliquée et requiert plusieurs références bibliographiques (Semple K. T. et al, 2004, Ehlers L.J. and Luthy R. G., 2004). Pour simplifier et, quoique les toxicologues et les scientifiques environnementalistes aient quelques divergences terminologiques, la biodisponibilité d’un métal correspond à la quantité de métal qui interagit avec le système biologique des organismes par absorption (passage intra-membranaire). La bioaccessibilité correspond à la quantité totale de métal disponible dans le sol pouvant être assimilée par les organismes s’ils entrent en contact avec ce constituant. La figure 1 (Semple et al, 2004) montre ces deux fractions. BRGM/RP-55302-FR – Rapport final 39 Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois Figure 6: Biodisponibilité et bioaccessibilité des composés dans un sol (Semple et al, 2004). Les fractions mobiles et mobilisables (phytodisponibles) Gupta et al (1996) ont développé des concepts concernant les fractions mobiles et mobilisables des métaux dans les sols dans le cadre d’études de risques. La fraction mobile, dite fraction « active » des métaux, est constituée des métaux biodisponibles/bioaccessibles et facilement lessivables (extraction « douce » par CaCl2). La fraction mobilisable, dite « potentiellement active » et « active », est déterminée par extraction au DTPA (Norme NF ISO 14870 -mars 2002). 5.4.2. Discussion Parmi les très nombreux tests chimiques pratiqués, seuls les tests les plus fréquemment utilisés et quelquefois normalisés, peuvent être retenus. Pour estimer la biodisponibilité/bioaccessibilité, trois extractions dites « douces » sont préconisées : NaNO3, NH4NO3 et CaCl2 (Pueyo , 2004). La méthode avec CaCl2 est la méthode normalisée aux Pays Bas pour évaluer la mobilité et/ou la phytodisponibilité 40 BRGM/RP-55302-FR – Rapport final Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois des métaux. Cette méthode fournit dans l’ensemble des bons résultats mais variables selon le métal considéré (Houba, 1996). D’autres tests ont été appliqués pour évaluer le transfert des métaux dans le système environnemental par exemple, les extractions séquentielles. Doelsch (2006) a montré dans une étude sur l’impact de l’épandage de boues sur la mobilité des métaux lourds dans des sols tropicaux, que la fraction mobile correspondait aux métaux solubles et/ou échangeables extraits par CaCl2 ou MgCl2 et aux métaux facilement désorbés, solubilisés à pH 4-5 en milieu acétate. La fraction mobilisable, « potentiellement active et active », peut être évaluée en pratiquant l’extraction au DTPA (Norme NF ISO 14870-mars 2002). Sur le long terme, l’épandage répété de boues sur les sols agricoles pourrait avoir une incidence sur la biodisponibilité et/ou la mobilité des métaux du fait principalement d’apport en matière organique. Antoniadis et al (2002) ont montré que du fait de ces apports, les métaux extraits par CaCl2 (phase biodisponible) augmentaient et risquaient d’être assimilés par les plantes si la capacité de rétention de ceux-ci par les constituants du sol était insuffisante. D’où l’importance de connaître certaines caractéristiques physico-chimiques des sols telles que le pH, la capacité d’échanges cationiques, la teneur en argiles…, pour prévoir le devenir de ces métaux lourds et estimer d’éventuels risques de contamination de l’écosystème. Une étude menée par Aldrich et al a mis en évidence que la fraction la plus assimilable par les plantes est la forme libre du métal (cas de Cu et Zn notamment). Le type de fertilisants utilisés peut générer la formation de complexes lipophiles (dithiocarbamates par exemple) ayant des propriétés de diffusion membranaire avec un risque de contamination des organismes vivants. Pour terminer, un des paramètres clés ayant une forte incidence sur la mobilisation des métaux est le pH du sol. Ce paramètre est à prendre en compte pour l’étude sur la mobilité potentielle des métaux contenus dans des sols agricoles. Le concept de biodisponibilité-bioaccessibilité, d’un intérêt croissant, est tout donc à fait adapté pour des études sur les sols à usage agricole dont les teneurs en métaux lourds se situent au dessus des seuils autorisés et qui impliquent des tests fiables pour estimer la fraction de métaux pouvant présentée un risque pour l’environnement. De même, dans le cadre d’études de risques avec d’éventuels traitements pour la remédiation du site, ces paramètres peuvent aider à la décision et au suivi de la décontamination. Ces tests sont simples et donc facilement réalisables. Pour résumer, sur quelques échantillons représentatifs du sol, trois tests peuvent être proposés fournissant des estimations sur les fractions mobiles (test avec NaNO3, NH4NO3 ou CaCl2) et mobilisable (test avec DTPA). BRGM/RP-55302-FR – Rapport final 41 Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois 5.5. SYNTHESE Le tableau suivant présente de manière synthétique la démarche envisagée pour une demande de dérogation dans le cas de sols présentant des teneurs en Nickel inférieures ou égales à 70 mg/kg et un pH supérieur à 6 avec des indications tarifaires sur les analyses. Notons que les coûts d’analyses ont été estimés à partir de demandes de devis auprès de 8 laboratoires d’analyses présents dans la région Franche-Comté ou à proximité. Parmi les 8 laboratoires consultés, 4 laboratoires ont répondu favorablement à notre requête : il s’agit des laboratoires Wessling (69), SADEF (68) pour l’ensemble des paramètres et de CTC Environnement (69) et Laboratoire Départemental (21) pour une partie des paramètres. Tableau 5 : Démarche proposée pour une étude de dérogation – Cas du Ni : 50 < [Ni] ≤ 70 mg/kg Teneurs en Nickel (mg/kg) pH Méthode Mode opératoire Coûts estimatifs par échantillon y.c. préparation (€ HT) Démontrer l'origine naturelle Recherche d'études ou de demandes de dérogation existant sur de mêmes types de sols et/ou de documents locaux, de types d'études géologiques ou pédologiques Transposition des conclusions déjà acquises par rattachement à une série de sol connu Etude du contexte géologique et pédologique local Recherche de la composition lithologique et minéralogique du terrain La présence de roches ou de minéraux potentiellement riches en Ni est un indice de l'origine naturelle du Ni 50 < [Ni] ≤ 70 Prélèvement et analyse de terres : Prélèvement de sol Démontrer qu'on observe : pH > 6,8 . Ouverture d'une fosse, description Analyse pH, Carbone organique total, des horizons, prélèvement et Granulométrie, CEC, Calcaire analyse 45 à 60 . A défaut, prélèvement et analyse de 3 profondeurs sur 1,5 m Analyse des ETM (Ni, Fe, Cu, Co, Zn, (surface, intermédiaire, matériau Cr, Al) parental) 74 à 80 Comparaison verticale (calculs de corrélations entre le Ni et d'autres éléments) Calcul du facteur d'enrichissement Démontrer l'origine naturelle du Ni 6 < pH ≤ Démontrer sa faible mobilité dans 6,8 le sol Démontrer sa faible phytodisponibilité 42 Interprétation Même démarche que ci-dessus Tests de lixiviation sur les échantillons de surface Extraction chimiques avec NH4NO3 à 1 mol/l . Une concentration croissante en Ni avec la profondeur et donc que l'origine du Ni dans le sol provient de la roche-mère . Une corrélation entre le Ni et d'autres ETM ou majeurs. La corrélation est généralement preuve de l'association du Ni dans la roche-mère avec d'autres constituants . Un facteur d'enrichissement des horizons de surface inférieur ou égal à 1 50 à 70 [Ni] dans l'éluat < 20 µg/l 12 à 15 [Ni] dans l'extrait NH4NO3 < 1,5 mg/kg BRGM/RP-55302-FR – Rapport final Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois 6. Conclusions Après une analyse bibliographique sur l’origine et la mobilité du nickel dans les sols, ce rapport s’attache à caractériser les sols franc-comtois vis-à-vis des teneurs en nickel d’origine naturelle. Cette analyse est établie à partir des données analytiques disponibles dans la base de données de l’inventaire minier (BRGM, SNEAP) en s’appuyant sur une approche analogique (les sols issus d’une même série litho-stratigraphique sont admis comme étant similaires du point de vue des teneurs en nickel). Une analyse semi-quantitative du risque de dépassement du seuil de 50 mg/kg pour le nickel dans les sols est également mise en œuvre et permet d’aboutir à une cartographie des teneurs en nickel d’origine naturelle dans les sols. Le croisement de cette information avec l’occupation du sol et la topographie de la zone d’étude permet de déterminer des zones géographiques, disponibles pour l’épandage de boues, avec des teneurs plus ou moins élevées en nickel d’origine naturelle. Ces résultats sont pondérés par la densité d’échantillons pour chaque niveau litho-stratigraphique afin de juger de la pertinence de la caractérisation. La cartographie résultante renseigne l’utilisateur sur les zones susceptibles de contenir des teneurs naturelles élevées en nickel dans les sols et permet de le guider dans le choix des zones d’épandage. Toutefois, cette cartographie, qui apporte des indications sur les teneurs naturelles en nickel dans les sols, mérite d’être vérifiée lors de l’étude préalable d’épandage. Par ailleurs, à l’issue des résultats d’analyses, si les teneurs en nickel dépassent la valeur-seuil de 50 mg/kg, une demande de dérogation pourra alors se faire suivant le logigramme proposé par le guide technique de l'ADEME et APCA en 2005. Pour terminer, l’étude présente de manière synthétique la démarche envisagée lors d’une demande de dérogation ainsi que des compléments d’information sur les tests analytiques permettant de démontrer l’origine naturelle du nickel dans les sols, sa faible mobilité et sa faible phytodisponibilité du nickel. BRGM/RP-55302-FR – Rapport final 43 Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois 7. Bibliographie ADEME et APCA. 2005. Dérogations relatives à la réglementation sur l’épandage des boues de stations d’épuration. Comment formuler une demande pour les sols à teneurs naturelles élevées en éléments traces métalliques ? Guide technique. J. Béraud et A. Bispo (Coordinateurs). D. Baize, T. Sterckeman, A. Piquet, H. Ciesielski, J. Béraud et A. 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(2000) - Fonds géochimique naturel : État des connaissances à l'échelle nationale BRGM/RP-50158-FR. 93 p., 24 fig., 14 tabl. Disnar J.R. 1980. Etude de l’aptitude de la matière organique à fixer les métaux (BRGM) Doelsch E., B. Deroche, V. Van de Kerchove. Impact of sewage sludge spreading on heavy metal speciation in tropical soils (Réunion, Indian Ocean). Chemosphere 65 (2006) 286-293. Ehlers Laura. J. and Richard G. Luthy. Contaminant bioavailability in soil and sediment. Environ. Sci. Technol. August 1 2004 (37) 295A-302A. Grandarovski G., Risler J.J. 1980. Etude des fonds naturels en éléments traces des bassins versants de la Thur et de la Doller. Note de synthèse. BRGM/R-07997-FR Gupta S. K., M. K. Vollmer, R. Krebs. The importance of mobile, mobilizable and pseudo total heavy metal fractions in soil for three-level risk assessment and risk management. Sci. Total Environ. 178 (1996) 11-20. BRGM/RP-55302-FR – Rapport final 45 Teneurs en nickel dans les sols franc-comtois Houba V. 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Craven and H. Harms. defining bioavailability and bioaccessibility of contaminated soil and sediments is complicated. Environ. Sci. Technol. June 15 2004 228A-231A. Thiéblemont D., Bourguignon A. 1996. Réalisation d’une « image lithogéochimique » de la France à 1/1 000 000 : évaluation de gammes de teneurs moyennes en 10 éléments traces (As, B, Ba, Cr, Cu, Li, Ni, Pb, Sr, Zn) pour les principaux faciès de roches cristallines françaises. BRGM/R-39191, 66 p., 9 fig., 3 tabl. NF ISO 14870 (mars 2002).Extraction des éléments en traces par une solution tamponnée de DTPA. PR NF ISO 21268-2 (septembre 2004). Modes opératoires de lixiviation en vue d’essais chimiques et écotoxicologiques ultérieurs des sols et matériaux du sol. 46 BRGM/RP-55302-FR – Rapport final Centre scientifique et technique 3, avenue Claude-Guillemin BP 6009 45060 – Orléans Cedex 2 – France Tél. : 02 38 64 34 34 Services géologiques régionaux Bourgogne & Franche-Comté Parc Technologique 27 rue Louis de Broglie 21000 – Dijon – France Tél. : 03 80 72 90 40
