Quelles stratégies de mise en œuvre pour la réhabilitation des sols contaminés ?

Les stratégies de mise en œuvre pour la phytoremédiation révèlent des solutions innovantes face à la contamination métallique des sols le long de la rivière Mura. Cette recherche critique démontre l’impact des activités anthropiques, avec des implications cruciales pour la réhabilitation environnementale en République Démocratique du Congo.

II.4. La pollution métallique des sols

Le sol est considéré comme une source endogène de polluants parmi lesquels on trouve les métaux, qui peuvent être classés selon 2 types :

Les éléments majeurs qui représentent 99% de la croûte terrestre Oxygène (O), Silicium (Si), Aluminium (Al), Fer (Fe), Calcium (Ca), Sodium (Na), Potassium (K), Magnésium (Mg), Titane (Ti), Hydrogène (H), Phosphore (P) et Manganèse (Mn).

Les éléments en traces dont la plupart ont une concentration inférieure à 0,01%, ceux-ci incluent des métaux (Cobalt (Co), Cuivre (Cu), Chrome (Cr), Fer (Fe), Plomb (Pb) Zinc (Zn), des métalloïdes ou des semi-métaux (Bore (B), Sélénium (Se), Arsenic (As)) ou des non-métaux (Azote (N), Fluor (F), Chlore (Cl) ou Brome (Br). Ces éléments en traces peuvent être accumulés et piégés dans les sédiments, ce qui peut induire des effets toxiques lors de la remise en suspension des particules sédimentaires, ou bien ils peuvent être présents à l’origine dans la roche mère ce qu’on appelle le fond géochimique.

II.4.1. Les sources des métaux

La contamination métallique des sols a deux origines (Figure II.1):

Origine naturelle

La principale source naturelle des métaux est l’altération des sols lors de la constitution du fond géochimique. Dans certains cas les sols sont à l’origine riches en métaux, ce qui peut poser un véritable problème écologique.

Il existe d’autres sources naturelles de métaux en traces mais qui ont une contribution plus ou moins faible par rapport à la source géologique dont :

L’absorption des métaux présents dans le sol et l’atmosphère par les plantes, qui peuvent être redéposés après décomposition sur la surface des sols (cycle biogéochimique sols-plantes) ; L’érosion et le lessivage des sols qui permettent le transfert des éléments métalliques vers la colonne d’eau ;

Les émissions volcaniques dans l’atmosphère.

Origine anthropique

Au cours de ces dernières décennies, le monde entier a connu un développement important dans les secteurs urbains, industriels et agricoles ; les différents rejets issus de ces activités ont engendré une augmentation remarquable de l’apport des métaux en traces dans les sols. Les différentes sources anthropiques responsables de ces teneurs élevées de métaux sont :

• La pollution atmosphérique qui provient essentiellement des rejets d’usine, des gaz d’échappement des véhicules, des poussières et aérosols des chauffages, etc…
• La pollution agricole, qui résulte de l’usage des produits phytosanitaires (pesticides, herbicides,…) destinés à protéger les cultures, des engrais et boues de stations d’épuration dans le but de fertiliser les sols. Souvent ces produits contiennent des métaux en traces comme le cuivre (Cu), le cobalt (Co), le plomb (Pb), le zinc (Zn) et fer (Fe).
• La pollution industrielle concerne les rejets des différents types d’industries (chimique, agroalimentaire…), des activités de métallurgie, minières, etc… On y retrouve plus particulièrement le zinc, le plomb et cobalt. On peut y ajouter les rejets des centrales nucléaires.

Les métaux issus des différentes activités humaines et naturels citées précédemment sont des éléments non biodégradables. Par conséquence, l’accumulation de certains entre eux comme Fe, Zn, Pb, … dans la colonne sédimentaire cause de véritables risques pour le milieu naturel et indirectement sur la santé humaine via la consommation des poissons contaminés via la chaîne trophique.

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Figure II.1. L’origine des métaux en traces dans le sol

Parmi les métaux toxiques étudiés dans ce travail, on trouve

• Le Cuivre (Cu) : c’est un métal facilement complexé par la matière organique, il dérive principalement des composés agrochimiques (engrais) et des déchets résidentiels (les câbles électriques). La présence d’un excès de cuivre cause des maladies neurodégénératives.
• Le Cobalt : il est souvent associé au fer et au cuivre, il se trouve dans les catalyseurs chimiques, les batteries, les circuits électriques et les fonderies de plomb. Le cobalt élémentaire induit des atteintes des systèmes respiratoires syndrome irritatif avec conjonctivite, toux, asthme. Le cobalt induit un cancer lorsqu’il est introduit dans un muscle ou sous la peau. Il réagit avec des particules ou est adsorbe sur le sol et détruit les plantes lorsqu’il est en grande quantité.
• Fer (Fe) : présent dans le corps humain (hémoglobine), son excès peut causer la conjonctivite, la pneumoconiose.
• Le Plomb (Pb) : il présente une affinité avec les carbonates, les sulfates et les sulfures, il provient de plusieurs sources : métallurgie, sidérurgie, traitement des minerais, ruissellement sur les toitures, carburants. C’est un élément toxique pour l’être humain, il empêche la synthèse de l’hémoglobine et il provoque des perturbations du système nerveux (saturnisme).
• Le Zinc (Zn) : il forme des complexes avec les ligands organiques, il est souvent d’origine agricole (insecticides, pesticides), ou industrielle (imprimeries, raffinage). A de fortes doses, il devient toxique pour le pancréas et peut même causer des problèmes pulmonaires et des perturbations lors de la synthèse de l’hémoglobine.

Il est considéré comme une substance cancérigène.

II.4.2. La biodisponibilité des métaux dans les sédiments

Les métaux sont présents dans les milieux aquatiques sous deux formes : dissoute et particulaire. Ces éléments sont majoritairement associés aux particules et se sont accumulés dans les sols. Leur biodisponibilité dépend de plusieurs facteurs parmi lesquels le pH, le taux de matière organique, le potentiel rédox (Eh), les activités biologiques, etc…

Le pH est un facteur très important qui influence le comportement des métaux dans le milieu, ce qui permet de contrôler la répartition des ETM entre la colonne d’eau et la phase sédimentaire En milieu acide, les cations métalliques adsorbés à la surface de la matière organique, des particules d’argile et des oxydes de fer et de manganèse sont relargués dans la phase dissoute par compétition entre les cations et les protons. Au contraire un milieu basique favorise l’adsorption des ETM en diminuant la concurrence sur ces mêmes sites réactionnels entre les protons et les ions métalliques.

Le taux de matière organique joue un rôle primordial dans la mobilisation et la disponibilité des métaux. Les ETM peuvent être complexés par la matière organique en formant des composés organométalliques, ce qui permet l’assimilation des métaux par les organismes vivants. La matière organique peut limiter la toxicité de certains métaux en changeant leurs formes chimiques dans le milieu comme c’est le cas pour le cuivre, le plomb ou le chrome. Ce n’est pas le cas pour d’autres métaux, dont le transfert en phase organique augmente sa toxicité et sa capacité de bioconcentration et bioamplification dans les milieux aquatiques.

Le potentiel redox (Eh) : la variation du potentiel d’oxydoréduction peut avoir une influence sur la mobilité des métaux dans la colonne d’eau et dans le sédiment. Par exemple, en conditions réductrices les sulfates sont réduits en sulfures, ce qui permet le piégeage de quelques éléments métalliques comme le plomb et le zinc limitant leur

mobilité. Alors que, dans les conditions oxydantes la décomposition de la matière organique sera favorisée entraînant la libération des ETM y sont associés vers la colonne d’eau.

Les activités biologiques : elles sont principalement basées sur la dégradation de la matière organique présente dans le sédiment par des microorganismes (populations bactériennes et fongiques). Cette action est considérée comme le moteur principal de ce qu’on appelle « la diagénèse précoce », qui présente l’ensemble des processus diagènetiques mis en jeux lors de la formation du dépôt sédimentaire. Ces processus s’appuient sur des réactions d’oxydoréductions contrôlées par l’activité bactérienne.

L’oxydation de la matière organique libère des espèces réduites dans les eaux interstitielles comme NH4+, Mn²⁺, Fe²⁺ qui peuvent contribuer à d’autres réactions secondaires. Ces mêmes réactions dépendent de la composition ionique des eaux interstitielles ainsi que d’autres paramètres tels que le pH et le potentiel d’oxydoréduction. Tout cela influence le comportement des ETM et leur répartition entre la colonne d’eau par l’effet de relargage et le sédiment par l’effet de piégeage.

II.5. Contrôle et suivi des mesures de protection environnementale

II.5.1. Mécanismes de protection

Le législateur a prévu une série de mécanismes afin d’assurer l’application concrète des mesures de prévention et d’atténuation prévue dans les EIE, Le PGEP, Les PAR et Les PAE. Ces mécanismes incluent :

• Un rapport annuel de la part du titulaire décrivant entre autre ses activités d’atténuation et de réhabilitation ainsi que les sommes y ayant été affectées ;
• Un audit environnemental indépendant tous les deux ans qui décrit la performance environnementale de l’opération visant les impacts prévus dans l’EIE
• Des inspections réalisées par la direction chargée de la protection de l’environnement minier pour vérifier l’état d’avancement des travaux d’atténuation et de réhabilitation ;
• Du suivi via des visites, analyses et prélèvements ponctuels réalisés par la direction chargée de la protection de l’environnement minier ou tout autre organisme autorisé par celle-ci.

Questions Fréquemment Posées

Quelles sont les sources de contamination métallique des sols?

La contamination métallique des sols a deux origines : naturelle et anthropique. La principale source naturelle est l’altération des sols lors de la constitution du fond géochimique, tandis que les sources anthropiques incluent la pollution atmosphérique, la pollution agricole et la pollution industrielle.

Quels métaux sont considérés comme des éléments en traces dans les sols?

Les éléments en traces incluent des métaux comme le cobalt (Co), le cuivre (Cu), le chrome (Cr), le plomb (Pb) et le zinc (Zn), ainsi que des métalloïdes et des non-métaux.

Comment la pollution agricole contribue à la contamination des sols?

La pollution agricole résulte de l’usage de produits phytosanitaires (pesticides, herbicides) et d’engrais qui contiennent des métaux en traces comme le cuivre, le cobalt, le plomb et le zinc.