Sites militaires contaminés : évaluation de la dangerosité réelle des sols pollués

Les sites militaires contaminés peuvent contenir de nombreuses substances chimiques potentiellement toxiques pour l’environnement. Une étude de cas montre qu’une évaluation des risques fondée uniquement sur des analyses chimiques est insuffisante pour prédire la toxicité. Il est donc nécessaire de les compléter par des bioessais et des mesures de biodisponibilité afin d’évaluer la qualité des sols dans leur ensemble.

Les activités militaires et les accidents impliquant des munitions ou des explosifs laissent des résidus dans l’environnement partout dans le monde, menacent ainsi la qualité des sols et des eaux de surface et souterraines. Selon les données du Département fédéral de la défense, de la protection de la population et des sports, la Suisse compte plus de 2000 sites pollués par l’armée. En plus des métaux provenant des douilles et des détonateurs, ces sites contiennent des résidus d’explosifs, du perchlorate, ainsi que des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) produits lors d’une combustion incomplète.

Une multitude de composants toxiques

Les concentrations élevées de métaux lourds peuvent avoir des effets toxiques sur de nombreux organismes du sol, par exemple en réduisant la croissance des végétaux et la reproduction des collemboles. Les HAP sont également problématiques, car ils sont génotoxiques, persistent longtemps dans le sol et s’accumulent dans les organismes. Des valeurs de référence écotoxicologiques existent pour les métaux et les HAP, qui sont réglementés tant au niveau national qu’international. En Suisse, les sols sont concernés par trois ordonnances différentes : l’ordonnance sur les atteintes portées aux sols (OSol), l’ordonnance sur l’assainissement des sites pollués (ordonnance sur les sites pollués, OSites) et l’ordonnance sur la limitation et l’élimination des déchets (OLED), qui définissent différentes valeurs limites pour ces classes de polluants. Malgré leur large utilisation, les substances explosives ne disposent pas encore de tels seuils. Les perchlorates sont, quant à eux, des perturbateurs endocriniens potentiels et sont surtout réglementés dans l’eau potable.

Mais dans quelle mesure les sols pollués par ces substances sont-ils dangereux pour la végétation et la faune du sol ? Les valeurs limites de concentration permettent-elles vraiment d’appréhender le risque écologique ? Pour répondre à ces questions, des scientifiques du Centre Ecotox, mandatés par l’Office fédéral de l’armement armasuisse, ont étudié des matériaux d’excavation d’un site militaire suisse par une approche combinant analyses chimiques et essais écotoxicologiques.

Plus que des dépassements de seuils

Les échantillons de sol ont tout d’abord été soumis à une extraction puis à des analyses. Les résultats ont révélé une forte contamination métallique. Les teneurs en cuivre, en zinc, en plomb, en cadmium et en antimoine étaient très supérieures aux valeurs de référence internationales. De même, des HAP ont été détectés à des concentrations inquiétantes. Selon les législations en vigueur (notamment l’ordonnance suisse sur les atteintes portées aux sols), de tels dépassements de seuils entraînent la mise en œuvre de mesures d’assainissement, telles qu’une excavation et une mise en décharge. « Ces valeurs de référence sont en général fondées sur l’évaluation de substances individuelles en conditions standard de laboratoire, explique Mathieu Renaud le responsable du projet. Elles ne tiennent donc pas compte ni des effets de mélange, ni de la biodisponibilité réelle sur le terrain. »

Afin d’évaluer les implications écologiques de la contamination, les écotoxicologues ont étudié les effets du matériel d’excavation sur différents groupes d’organismes dans une série de bioessais standardisés. Les tests comprenaient des essais avec des collemboles, des enchytréides, des plantes telles que le cresson et l’oignon, ainsi que des bactéries nitrifiantes. Le matériel d’excavation contaminé a été dilué progressivement avec du sol de référence non pollué afin de déterminer les seuils d’effet toxique.

Peu d’effets malgré une forte contamination

« Étant donné les fortes teneurs en métaux et en HAP mesurées, nous nous attendions à des effets écotoxicologiques importants », confie Mathieu Renaud. « Mais les résultats nous ont surpris : la reproduction des collemboles et des enchytréides n’était inhibée qu’avec le matériau d’excavation non dilué ; et seuls les échantillons non dilués ont provoqué des effets significatifs. » Les bactéries nitrifiantes se sont avérées un peu plus sensibles. « Toutefois, leur inhibition pourrait être en partie due à des effets indirects de la dilution, indépendants de la toxicité chimique, tempère le chercheur. « On observe donc un décalage clair entre la concentration totale de polluants et les effets écotoxicologiques mesurés. »

Le rôle clé de la biodisponibilité

L’explication la plus plausible de ce décalage est la faible biodisponibilité des polluants. Dans les sols ayant vieilli après avoir été contaminés, les métaux et les composés organiques sont souvent fortement liés aux particules de sol. Les phénomènes de sorption, d’incorporation dans la matière organique et de vieillissement réduisent fortement la part biodisponible. « Pour les métaux, en particulier, ce n’est pas la teneur totale, mais la fraction biodisponible qui détermine la toxicité, explique Mathieu Renaud. On sait également que la forte liaison des HAP à la matière organique limite leur absorption par les organismes vivants. » Cependant, la biodisponibilité n’a pas été mesurée directement, mais déduite en raison des faibles effets biologiques. Les futures investigations devraient intégrer des méthodes adaptées pour la détermination des concentrations biodisponibles, comme la mesure des concentrations à l’intérieur des organismes.

L’étude a également révélé une forte variabilité entre les réplicats. La dispersion des concentrations mesurées indique la présence de « noyaux » de pollution dont les teneurs en métaux ou en explosifs sont particulièrement élevées, ce qui s’explique probablement par la présence de fragments de munitions. Ces différences à petite échelle peuvent conduire à des effets importants de certains échantillons sans pour autant représenter la condition générale.

Implications pour l’évaluation du risque et l’assainissement des sites

« Les résultats montrent qu’il est peu pertinent de fonder les décisions d’assainissement des sites pollués uniquement sur les seuils chimiques, analyse Mathieu Renaud. Ces valeurs considérées isolément ne permettent pas d`évaluer correctement l’impact écologique. Les tests écotoxicologiques sont un complément important, car ils permettent de prendre en compte les effets biologiques, des mélanges et des processus de vieillissement. » Sur les sites militaires contaminés à grande échelle, où une excavation totale du sol est difficile à mettre en œuvre, une approche intégrée peut aider à prendre des décisions réalistes et adaptées aux caractéristiques locales. Pour répondre aux enjeux futurs, l’évaluation des sites militaires contaminés devra se fonder sur une combinaison d’analyses chimiques, de mesures de la biodisponibilité et de tests écotoxicologiques standardisés. Seule cette approche permettra d’estimer correctement le risque écologique en faisant la distinction entre danger théorique et impact environnemental réel.

photo: VBS/DDPS - Nicola Pitaro