Pédogenèse polyphasée et transferts de polluants métalliques contraints par des structures cryogéniques : Le cas des sols sous épandages massifs d’eaux usées dans la plaine agricole de Pierrelaye

Résumé :

Des structures cryogéniques organisées en réseaux polygonaux de 20 à 30 m ont été mises en évidence dans les sols de la plaine de Pierrelaye-Bessancourt. La présence de ces structures cryogéniques millénaires interroge sur les conditions hydrologiques locales qu’elles engendrent et le rôle de celles-ci sur le transfert des polluants accumulés dans les sols de la plaine suite aux épandages massifs pendant un siècle d’eaux usées de l’agglomération parisienne. Des réponses ont été cherchées par la combinaison d’études géophysiques et pédologiques (résistivité électrique examen pédologique de tranchées minéralogie analyses pédogéochimiques micromorphologie microfluorescence-X) menées à différentes échelles (parcelle solum constituants). Les structures cryogéniques correspondent à des affaissements/déformations des horizons E et BT et sont séparées du substrat calcaire par une &quot, stone-line&quot de fragments calcaires. La concordance géométrique des horizons et du substrat témoigne d’une pédogenèse ancienne intervenue avant la mise en place des cryoturbations lors de la dernière période périglaciaire. L’ancienneté de cette pédogenèse est aussi attestée par la fragmentation et la déformation par cryogénie des illuviations argilo-ferrugineuses dans ces horizons. Par ailleurs des revêtements minces d’argile limpides dans la partie supérieure du BT ainsi que des accumulations calcaires disposées en larges b, es horizontales donc non affectées par la cryoturbation témoignent eux d’une pédogénèse plus récente post-cryogénies. Ces illuviations limpides et ces accumulations calcaires sont corrélatives de la décarbonatation qui a conduit à la formation de Néoluvisols durant l’Holocène. Sous épandages d’eaux usées les sols présentent des traits pédologiques spécifiques qui n’apparaissent jamais dans les sols hors du périmètre d’épandage : la dégradation des revêtements d’argile la formation de ferranes et manganes et le blanchiment de l’horizon E. Ces traits pédologiques témoignent d’une évolution pédologique récente liée aux grans volumes d’eaux usées (˜ 2 000 mm par an) qui ont traversé ces sols durant le XXe siècle. Les analyses pédologiques montrent une évolution minéralogique de la smectite en minéral de type intergrade une diminution importante (jusqu’à 50 %) de la CEC et une augmentation de la proportion d’aluminium échangeable. Ces modifications minéralogiques et physicochimiques sont le résultat de la ferrolyse un processus engendré par les alternances d’oxydo-réduction dues aux pratiques d’épandages massifs. Les manifestations de la dégradation des sols sont maximales au droit des invaginations dans la partie supérieure de l’horizon BT. Les plus forts contrastes de couleur et de texture sont caractéristiques des Luvisols Typiques. A l’écart des structures invaginées les sols sont peu épais et l’horizon de labour repose parfois directement sur le calcaire fragmenté. La configuration des structures cryogéniques avec d’épais niveaux argileux invaginés formant un réseau polygonal et des sols peu épais au centre des polygones conduit à des conditions hydrodynamiques contrastées à l’échelle décamétrique. L’impact sur le transfert de métaux vers le substratum est attesté par des teneurs plus élevées en métaux dans la fraction réactive fine des substrats calcaires à l’écart des structures invaginées notamment Zn et Cu par rapport à celle des substrats à proximité de ces structures. Enfin les alternances des conditions redox induites par les irrigations ont des incidences sur la géochimie des polluants dans les sols comme en témoignent la coprécipitation d’éléments majeurs (Fe Mn) et de métaux (Zn Cu Pb) sous forme de ferranes et manganes dans les horizons profonds.