BIO DES SOLS : Mesure de la respiration des sols comme bioindicateur

Les territoires du pourtour de l'Etang de Berre et du Golfe de Fos, de par leur identité industrielle ancienne, se composent de friches industrielles historiques et de zones actuellement exposées à des retombées atmosphériques. Disposer d'un outil permettant de déterminer et de suivre la qualité des sols et les toxicités associées permettrait aux collectivités d'identifier plus facilement les actions à mettre en œuvre pour requalifier certaines zones et pour organiser l'usage du territoire. D'importantes recherches sont conduites pour tenter d'identifier des indicateurs de la qualité des sols qui soient pertinents, faciles et rapides à mettre en œuvre. L'IECP lance donc une étude expérimentale pour évaluer l’utilisation de la respiration des sols comme bioindicateur de qualité et de dégradation des sols (contamination, tassement, imperméabilisation).

La respiration du sol correspond au flux de CO2 libéré au niveau de l'interface sol-atmosphère. Le gaz est produit dans le sol puis il diffuse dans les pores du sol, pour finalement s'échapper dans l'atmosphère. La respiration du sol est ainsi une indication de l'activité biologique des sols. L'IECP a donc appliqué cette méthode au niveau des sites sélectionnés dans le cadre de l’étude pour la détermination du bruit de fond en métaux et métalloïdes afin de tester les conditions de mise en œuvre, la sensibilité et la représentativité des résultats ainsi que l’utilisation de ce paramètre comme bioindicateur d’impacts de qualité des sols. Ce travail est réalisé à l’aide d’une instrumentation permettant de mesurer les flux de CO2 et d’eau au niveau d'un végétal ou d'un sol, le LI-COR 6400-09.

A savoir

Cette étude repose sur quelques notions fondamentales absolument nécessaires pour comprendre les résultats présentés ci-après.

• Fraction de polluants biodisponibles : représente la fraction des polluants présents dans la solution du sol ou faiblement adsorbés aux particules de sol et donc facilement transférable aux organismes vivants, elle renseigne sur la toxicité d’un sol. On cherchera à savoir si les facteurs d'enrichissement sont corrélés à la bio-disponibilité des métaux dans le sol.
• Respiration des sols : flux de CO2 libéré au niveau de l’interface sol-atmosphère (en µmolCO2/m²/s), mettant en avant l’activité biologique d’un sol (dégradation des racines, activité microbienne, faune, …)
• Bioindicateur d’impact de la qualité des sols : permet de mesurer l’impact d’un composé en excès ou d’une action de l’homme sur la qualité des sols

Focus technique

• - 23 sites répartis sur l'ensemble de la région ont été sélectionnés (sites de l’étude bruit de fond + sites industriels)
• - La sélection des sites a été réalisée en fonction des grandes unités géologiques et des différents milieux rencontrés sur le territoire Istres-Ouest-Provence, des concentrations en métaux et HAP mesurées à la surface et de leur localisation sur le territoire.
• - Pour chaque milieu naturel (Crau sèche, terrains collinaires, les zones cultivées, les zones humides d’eau douce (ZHED), d’eau salée (ZHES)et la plaine du Rhône), 3 sites ont été sélectionnés.
• - Le travail de terrain s’est étalé sur quatre semaines suivant les conditions météorologiques les plus favorables.
• - Sur chaque site, une zone de 10 m * 10 m a été délimitée. 10 mesures de respiration de sol par zone ont été réalisées, avec 2 cycles de mesures par point.
• - Elles sont complétées par 10 prélèvements de sol en surface homogénéisés pour l’obtention d’un échantillon composite par parcelle.
• - Sur chaque échantillon de sol, une analyse des paramètres physico-chimiques et des teneurs totales en HAP et métaux et métalloïdes est réalisée ainsi qu’une analyse des teneurs biodisponibles en métaux et métalloïdes (extraction au DTPA).



Résultats



Les sols collinaires et agricoles, riches en matière organique en surface, présentent les plus fortes valeurs de flux de CO2 avec respectivement en moyenne 7,63 et 7,21 µmolCO2/m2/s.
Des variations importantes du flux de CO2 sur les sites de Crau sèche et les sites collinaires sont observées.
La respiration du sol ne présente pas de différence significative entre les différents milieux y compris les sites industriels. Cependant, une tendance se confirme concernant les pollutions ponctuelles rencontrées sur les sites industriels où des flux de CO2 moyens plus faibles sont mesurés en comparaison aux autres sites échantillonnés présentant une contamination de surface en métaux et HAP faible à modérée.

Par ailleurs, une corrélation entre le flux de CO2 et le pourcentage de matière organique ainsi que le rapport C/N est mesurée. Ces coefficients de corrélations indiquent que plus les valeurs de matières organiques ou du rapport C/N, représentant le degré d’évolution de la matière organique, sont importantes, plus la réponse au niveau de la respiration du sol sera significative.

Une corrélation a été mise en évidence entre la contamination métallique représentée par l’IPI et le rapport C/N montrant ainsi l’influence des contaminations métalliques sur le degré d’évolution de la matière organique.

L'Impact des contaminations métalliques est plus marqué, illustré par l’IPI, sur la respiration des sols que les teneurs en HAP. Ce résultat est en accord avec différentes études montrant l’impact des pollutions métalliques de surface sur l’activité biologique des sols, en particulier l’activité microbienne et faunistique. L’influence des contaminations métalliques sur la respiration des sols semble être la plus marquée pour Pb, Cu et Zn. Ce sont les éléments les plus biodisponibles dans les sols étudiés, ils peuvent donc présenter une toxicité environnementale plus importante, notamment vis-à-vis des micro-organismes, de la végétation et de la faune du sol.



Conclusions

• - Mise en service d’un nouvel équipement le LI-COR 6400-09 qui ouvre de nombreuses perspectives (cf rapport).
• - Les terrains de zones humides et de Crau sèche présentent la plus faible activité biologique.
• - Une réduction significative de la respiration des sols en présence d’une contamination élevée est mesurée.
• - En présence de contamination modérée (Facteur d’enrichissement comprit entre 2 et 5), aucune modification significative n'est observée ⇒ Faible impact des contaminations diffuses des sols sur l’activité biologique.
• - La respiration des sols est influencée par les paramètres physico-chimiques notamment la matière organique et le rapport C/N.



Publications

- 2016 : Mesure de la respiration des sols comme bioindicateur de la qualité des sols

- 2023 : Evaluation de la biodiversité de la mésofaune du sol du parc des Creusets (St-Chamas)