Accumulation de métaux et HAP dans le sol de différents ouvrages d’infiltration

Résumé

Le développement du contrôle à la source des eaux pluviales urbaines et, notamment, le recours croissant à des dispositifs d’infiltration suscitent des interrogations sur la capacité du sol à jouer le rôle de «filtre» vis-à-vis des polluants présents dans le ruissellement. Cette question a été abordée en couplant campagnes de terrain et approche de modélisation. Sur 11 dispositifs d’infiltration aux caractéristiques contrastées, le sol a été échantillonné en deux phases successives, conduisant à des cartographies de la contamination superficielle en métaux, puis à des profils verticaux de métaux et hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), accompagnés de différentes variables explicatives. Les résultats ont démontré une bonne rétention des contaminants sur la plupart des sites d’étude, grâce à la combinaison de processus mécaniques (filtration) et physico-chimiques (adsorption). La distribution spatiale des métaux en surface, qui présente une structure caractéristique par rapport à la zone d’arrivée de l’eau, révèle le caractère non uniforme de l’infiltration lors des événements pluvieux courants. Dans la zone la plus polluée des ouvrages, métaux et HAP présentent un enrichissement significatif sur 10 à 40cm de profondeur. La contrepartie de cette rétention est une contamination qui, sur sept sites, excède localement les teneurs maximales admissibles –telles que définies par différentes normes internationales– dans le sol de zones résidentielles; toutefois, cela représente un volume de terres polluées relativement limité. L’approche de modélisation a permis de montrer que la durée de vie d’un dispositif d’infiltration pouvait être significativement améliorée en apportant un amendement organique à l’horizon superficiel, ce qui accroît la rétention de la pollution dissoute, ou en privilégiant une arrivée d’eau la plus répartie possible à la surface des ouvrages. La réduction des volumes d’eau de ruissellement en entrée d’ouvrage –par exemple, en déraccordant les eaux «propres» générées par le bassin versant– y participe également.

Abstract

Sustainable Drainage Systems are increasingly used for stormwater management. However, the generalization of runoff infiltration in urban watersheds raises some concerns regarding the soil’s ability to retain ubiquitous runoff pollutants. This question was addressed via field campaigns and modelling approaches. A two-phase sampling methodology was carried out on 11 infiltration-based facilities with contrasting characteristics, leading to cartographies of metal contamination in the surface soil, and vertical profiles of metal and PAH contents, along with different explanatory variables. The spatial distribution of trace metals in the upper horizon displayed a systematic structure with respect to the inflow area, and revealed the time-integrated signature of non-uniform infltration fluxes and flow pathways at the surface. In the most contaminated zone of the facilities, a significant enrichment of metals and PAHs was detectable until 10 to 40cm depth. Soil acts as an effective “filter” towards these persistent urban contaminants, due to the combination of mechanical and physicochemical processes (filtration and sorption); in return, surface contents from 7 study sites exceeded “intervention thresholds” for multi-functional areas – as defined in various international soil clean-up standards. In these devices, the area which would require soil remediation after ≥10 years of operation was found to be laterally and vertically limited. The modelling approach demonstrated that a device’s lifespan can be substantially improved via an organic amendment of the surface horizon, which increases the retention of dissolved contaminants, or by ensuring diffuse water inflow at the soil surface. Reducing runoff volumes at the facility inlet – e.g. via the disconnection of “nonemissive” surfaces in the catchment area – also contributes to decreasing the rate of contaminant migration in the soil.