les indicateurs de qualités des sols existants sont...

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Ministère de l'Écologie, du Développement durable et de l’Énergie

Crédit photo : Arnaud Bouissou/MEDDE

Les indicateurs de qualités des sols existants sont ils adaptés aux sols urbains ?

Catherine Franck-Néel1, Pierre Delcour2,

Emmanuel Dumont3

1 CETE de Lyon, Département Laboratoire de Clermont-Ferrand, Groupe Risques Environnement Infrastructures, Missions Eau et Déchets [email protected] ; 2 CETE Nord-Picardie, Département Bâtiment Énergie Environnement, Unité Eau et Sols. [email protected], 3 CETE Ile de France, Département Géosciences et Risques, unité Préservation des Sols Urbains, Eaux Souterraines, [email protected]

Journées « Eau et Environnement » 7-9 janvier 2012

Opération de recherches PSUR (Préservation des sols en milieux Urbain et Routier)

mailto:[email protected]

2Restitution OR PSUR - JEE Nantes 2013

IntroductionComment intégrer des paramètres de qualité des

sols dans les projets d’aménagements voire les documents d'urbanisme ?

Quel(s) indicateur(s) pertinent(s) pour aider la gestion des sols urbains ?

Revue bibliographique et analyse des indicateurs existants

Deux exposés à suivre sur la recherche d'indicateurs biologiques (travaux du CETE NP):

1. Indicateurs biologiques: mise au point de protocoles d'essais sur végétaux supérieurs F. Filior Cete NP

2. Intérêt de l'indicateur biochimique pour la caractérisation des sols pollués en milieu urbain P. Delcour Cete NP


Contexte Une prise de conscience tardive de

la ressource « sols » [World Soil Charter, 1982 FAO / UNEP]

Un vide réglementaire à combler en CEE pour intégrer des recommandations mondiales

Une politique d'aménagement des territoires à harmoniser

Un enjeu fort : dégradations déjà constatées

Un challenge politique et économique

➢ De la charte européenne pour la protection des sols (1972) au projet de directive européenne (2006)

➢ Aucune contrainte de planification pour cette ressource « non renouvelable » contrairement à « l'air » et « l'eau »

➢ Avancées aux USA, Japon, Canada, Brésil, Australie à suivre pour la CEE (communication sur la stratégie pour la protection des sols en Europe [EC, COM(2002) 179 final. Brussels, 35]

➢ La commission européenne reconnaît huit principales menaces pour les sols : [EC COM (2006) 231 et SEC(2006) 1165, Brussels]

➢ Notion de « capital sol »

D'où un enjeu scientifique : Le développement du concept de capital sol exige une simplification objective et acceptable par tous de la notion de qualité de sols (Ollivier, 2008)Ollivier, T., 2008. Quelques réflexions autour de la notion de capital naturel sol. Programme GESSOL – Séminaire «Sols et Sciences Sociales » - Dijon, 27 mai 2008, pp. 25.


Sommaire1. Rappels des définitions : indicateurs / indices / paramètres

2. Revue des indicateurs de qualité des sols existants

3. Les sols urbains : spécificités et besoins d'indicateurs

4. Proposition d'une démarche fondée sur les fonctions du sol

5. Discussion autour d'exemples d'indicateurs adaptables aux sols urbains

6. Conclusions et perspectives

Quels indicateurs de qualité pertinents pour les sols en milieu urbain ?


Définitions : indicateurs, indices, paramètres

Indicateur : Définition OCDE : valeur calculée à partir de paramètres ou d'indices donnant des indications sur l'état d'un phénomène, de l'environnement ou d'une zone géographique et d'une portée supérieure aux informations directement liées à la valeur du paramètre.''

Indice : grandeur ou signe montrant, plus ou moins directement, l'existence d'un mécanisme, d'une propriété ou d'une tendance qualifiant le sol à un moment donné.

Paramètre : grandeur mesurable (sur le terrain, à partir d'échantillons au laboratoire, en télédétection ou analyse d'image ou encore à partir d'analyse de documents) pour qualifier un état instantané du sol






Exemples de paramètres : Occupation du sol (selon Corin Land Cover)Perméabilité (par infiltrométrie), Teneur en eau (par mesure Radar)Épaisseur du sol (= profondeur de la roche mère vue à la tarière)Azote Kjeldahl, ou Corg par méthode de Ann

Exemples d'indices : rapport C/N, facteur d'enrichissement, % de saturation de RUIndice biochimique, aussi appelé indice d'activité enzymatique

L'indice Land Capability Classification (LCC) de US Department of agriculture (USDA) => 8 classes d'aptitude du sol à l'agriculture à partir de 12 paramètres (Klingebiel and Montgomery, 1973)

L’indice de qualité des sols (SQI : Soil Quality Index) développé définit par l’équation : SQI = f(SP, P, E, H, ER, BD, FQ, MI)(Parr et al., 1992)

Exemples d'un indice devenant indicateur : facteur d'enrichissement entre A et C > 2 (Bourenanne et al., 2010)






Mesure

Simplification d'une information

complexe

Référentiel de valeur

Objectif


Définitions : de la qualité du sol à l'indicateur

Représentation graphique du concept de qualité des sols utilisant des indicateurs en relation avec les fonctions du sol (Mausbach et Tugel,1997).

Dans une vue anthropo-centrée et fonctionnelle, la qualité des sols correspond à la bonne réalisation des différents processus garantissant la réalisation des fonctions attendues par l’humanité.



Dans une vue anthropo-centrée et fonctionnelle, la qualité des sols correspond à la bonne réalisation des différents processus garantissant la réalisation des fonctions attendues par l’humanité = services éco-systémiques

Lien entre les principaux objectifs de gestion et fonctions du sol en vue de sélectionner des indicateurs de qualité adaptés à l'usage attendu (d'après Andrew et al., 2004)

Représentation graphique du concept de qualité des sols utilisant des indicateurs en relation avec les fonctions du sol (Mausbach et Tugel,1997).


Revue : de la qualité du sol à l'indicateur



Propositions « d'indicateurs » (paramètres ?) physiques, chimiques et biologiques des fonctions et de la qualité des sols (d'après Doran et Safley,1997; Karlen et al., 1997; Doran et Zeiss, 2000)



INDIQUASOL : Base de Données Indicateurs de la Qualité des Sols (cf. http://www.gissol.fr/programme/bdiqs/bdiqs.php)Dans le cadre du GIS Sol, l'INRA d'Orléans et l'IFEN ont tenté de déterminer des indicateurs environnementaux pertinents sur la base de la maille de 16 x 16 Km du RMQS (relation pressions / états des sols)


Revue : de la qualité du sol à l'indicateurExemple d'utilisation pour l’agglomération de Tours (source actes GESSOL3 mai 2011)



1. IBQS (indicateur Biologique de la Qualité du sol), basé sur le concept d’espèces indicatrices et fondé sur la co-variation remarquable observée entre paramètres chimiques et composition spécifique en 195 espèces de macro-invertébrés (Ruiz Camacho, 2004) révélé comme indicateur des conditions du milieu (Lavelle et al., 2006 ; Decaëns, 2010) et de la santé du sol (Lavelle et al., 2009).

2. GISQ (General Indicator of Soil Quality) (Velasquez, 2004) montre son aptitude à détecter des variations de qualité des sols en fonction des types d’utilisation (LiuLi, 2007 ; Velasquez et al. 2007, Cecillion, 2009 ; Xhu, 2009)



Travaux Bioindicateurs Ademe (2004 - 2012) Deux étapes successives ;

1. Étude de différents paramètres biologiques pour évaluer leur statut de bioindicateurs (2004-2008),

2. Test, validation et calibration d'un nombre réduit de bioindicateurs jugés pertinents et opérationnels (2009-2012).

Résultats : Évaluation sur sols agricoles, forestiers et contaminés Création de fiches outils disponibles sur internet décrivant les

indicateurs retenus, leur utilisation, la méthode de mesurecf. http://www2.ademe.fr/servlet/getDoc?id=81046


Spécificités des sols urbains

Exemple de calcosol anthropisé (source Rossignol & Baize, 2004 Anthropogenic soil : in soil classification)

Exemples de Technosols allemands dont un réductique à droite (source World reference Base for Soil Ressources IUSS, 2006)

1. Pas de référentiel de qualité des sols urbains


Spécificités des sols urbains

Exemple de calcosol anthropisé (source Rossignol & Baize, 2004 Anthropogenic soil : in soil classification)

2. Nécessité de raisonner autrement qu'en pédologie classique➢ Indiquer la qualité pour adapter l'usage

du sol : Besoin d'indicateurs de potentialité de fonctionnement (ou fonctionnalité) plus que d'indicateurs d'état ou d'impact.

1. Pas de référentiel de qualité des sols urbains


Source : Gobat et al., 2003 (cf. Site de l'OFEV, CH http://www.bafu.admin.ch/dokumentation/umwelt/11785/11797)

➢ Indiquer la qualité pour adapter l'usage du sol : Besoin d'indicateurs de potentialité de fonctionnement (ou fonctionnalité) plus que d'indicateurs d'état ou d'impact.

Les indicateurs fonctionnels développés au prix d’importants efforts de recherche sont souvent difficilement généralisables, de par la complexité et la variabilité spatiale et temporelle des échanges entre systèmes et de leur caractérisation analytique souvent longue et coûteuse (Walter et al., 2002).

Selon ces auteurs : il semble pertinent de définir les fonctions du sol par rapport aux besoins de l’humanité, les indicateurs ayant alors pour but de détecter des changements du sol qui perturberaient les services rendus par le sol à la société.

Besoin d'indicateur pour les sols urbains


Proposition d'une démarche indicateurs pour les sols urbains

Méthode inspirée de Vrscaj et al.* 2008

Développement d'un outil d'aide à la décision pour la préservation et l'aménagement des sols urbains

Approche multi-critère basée sur les indicateurs de qualité d'un sol vis à vis d'un usage

* B. Vrscaj, L. Poggio et F. A. Marsan, A method for soils environnement quality evaluation for management and planning in urban areas, Landscape and urban planning 88 (2008) 81-94

➢ Utilisation de cette méthode pour l'évaluation de l'état actuel du sol (i.e. sans changement d'usage) ou dans le cadre d'un projet d'aménagement (i.e. avec changement d'usage)



Méthode inspirée de Vrscaj et al.* 2008

* B. Vrscaj, L. Poggio et F. A. Marsan, A method for soils environnement quality evaluation for management and planning in urban areas, Landscape and urban planning 88 (2008) 81-94

➢ Utilisation de cette méthode pour l'évaluation de l'état actuel du sol (i.e. sans changement d'usage) ou dans le cadre d'un projet d'aménagement (i.e. avec changement d'usage)



Construction de notre propre liste d'indicateurs ● Testés sur les sites choisis ● Choix des indicateurs

➢ Mesurabilté / reproductibilité➢ Fiabilité mesure / interprétation➢ Pertinence / fonction

23

Construction de notre propre liste d'indicateurs pertinents pour les sols urbains

FONCTIONS

MESURE (PARAMETRE)

INDICATEURS

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Construction de notre propre liste d'indicateurs

Indicateur Résistance Argilosité Porosité Perméabilité

Grandeurs / essais associés

pénétromètre granulométrie VBS oedomètre description m zone d'alea essai labo m

pressiomètre sédimento IP porosité

essais labo classification GTR densité

Fonc

tion

Phys

ique

Mécanique x x x x x x x x x x x

Support végétal x x x x x x

Répartition de l'eau x x x x x x x x

Imperméabilité aux déchets x x x x x x x

Surface

Fonc

tion

Biol

ogiq

ue

Biodiversité xEléments nutritifs

Fertilité

Tampon pour organismes vivants

Maintien de l'activité x x

Fonc

tion

Chim

ique Filtration de l'eau par le sol

Fournir des terres saines

Réguler l'atmosphère

Fonc

tion

Soci

ale

Mémoirex

Fournir un environnement adapté

Eco

Valeur du foncier

Structure -Texture

Compacité (compressibilité)

Remblai / terrain naturel

Profondeur du sous sol

Niveau de risque naturel

Teneur en eau

Profondeur nappe

Profondeur couche

imperméable

@d / indicateur

BIOindice

des videsessai de

perméabilité: porcher double anneau

module déformation

examen du refus à 5mm? diag. νν

Filtrer et dégrader les matières organiques

Respect du patrimoine, préserver l'état actuel

FONCTIONS

MESURE

INDICATEURS

25OR PSUR, Lille 20 octobre 2011

Discussion : indicateur de la fonction infiltration Application au site atelier de Montreuil

La fonction infiltration peut être caractérisée à partir de différents paramètres tels que : la perméabilité, teneur en eau, porosité, résistance du sol

Tests d'infiltrométrie au double anneau dans un même parc

Durée : 4h45

Vitesse infiltration : 2,6.10-6 m.s-1

Durée : 1h19

Vitesse infiltration : 1,3.10-4 m.s-1

Importante variabilité spatiale, et mesures parfois très longues

26OR PSUR, Lille 20 octobre 2011


Le panda permet bien de traduire l'hétérogénéité du sol en profondeur (vu aussi dans autres sites aux Lilas comme à Montreuil)

mais il faudrait pouvoir interpréter par rapport à un référentiel « infiltration »

Perspective : effectuer des mesures au perméamètre de Guelph en profondeur au droit des points de sondage PANDA pour caler une correspondance pénétrométrie / Ksat ??


Pas assez de mesures pour comparer mesures Ksat (infiltrométrie double anneau) et résistance à la pénétration (mesure Panda) ou masse volumique apparente (mesure au cylindres avec 3 répétitions)

Pas de corrélations (même en log) entre mesure Panda et masse volumique apparente, ni entre Panda et granulométrie



Dans de tels cas, l'utilisation d'outils cartographiques semble plus pertinente


Carte de l'infiltrabilité déduite de la carte du mode d’occupation du Sol sur la base de L’IAURIF


Discussion : Recul des terrains PSUR (sites de l'Union & de Montreuil)

Difficultés pour connaître l'historique du site urbain Ex. site de l'Union (59) : plusieurs changements d'usages successifs

Agricole, Industrie textile, Industrie chimique Friche déconstruite et développement végétal

Ex. Montreuil (93) : même lorsque l’historique est simple (bois resté bois) : surprises de remblais, apports, nivellement du terrain

Difficultés pour interpréter avec des paramètres de sols parfois très variables (pH, MO, teneur en eau etc...)

➔ Résultats traduisant un stress du sol plutôt qu'une pollution

Difficultés pour spatialiser les informations obtenues● hétérogénéité des sols : remblais de différentes origines, sols en place ...● imperméabilisation importante (ex : ancienne usine – Lille)


Discussion : Recul des terrains PSUR (sites de l'Union & de Montreuil)

Difficultés pour connaître l'historique du site urbain Ex. site de l'Union (59) : plusieurs changements d'usages successifs

Agricole, Industrie textile, Industrie chimique Friche déconstruite et développement végétal

Ex. Montreuil (93) : même lorsque l’historique est simple (bois resté bois) : surprises de remblais, apports, nivellement du terrain

Difficultés pour interpréter avec des paramètres de sols parfois très variables (pH, MO, teneur en eau etc...)

➔ Résultats traduisant un stress du sol plutôt qu'une pollution

Limites des bases de données « Occupation des sols »

Difficultés pour spatialiser les informations obtenues● hétérogénéité des sols : remblais de différentes origines, sols en place ...● imperméabilisation importante (ex : ancienne usine – Lille)●Intérêt des recherches sur les mesures spatialisées

Besoins de référentiels

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Ministère de l'Écologie, du Développement durable et de l’Énergie

À suivreMerci de votre attention

Les indicateurs de qualité des sols existants ● ne répondent pas au besoin d'indicateur

pour la gestion des sols urbains ● utilisent des paramètres difficiles d'accès

pour les sols urbains

Conclusions

Il est nécessaire de mieux définir ● les fonctions attendues du sol en ville● un référentiel de qualité et de

fonctionnement du sol en ville

La méthode inspirée de Vrscaj et al reste difficilement applicable et peu transposable



1991 : « the capacity of soil to function within its ecosystem boundaries and interact positively with the environment external to that ecosystem » Larson & Pierce (1991)

1997 : « la capacité du sol à fonctionner dans un écosystème donné (naturel ou géré) et pour une utilisation donnée, à supporter une production végétale et animale, à contribuer à un environnement de qualité et favoriser la qualité des plantes, des animaux et des humains » Karlen et al. (1997)

1993 : « la qualité des sols est la capacité d'un sol à favoriser la croissance des plantes, à protéger les bassins hydrographiques en régulant les infiltrations et en divisant les précipitations, et à prévenir la pollution des eaux et de l'air en amortissant les polluants potentiels tels que les produits chimiques agricoles ou industriels ou les déchets organiques » National Research Council canadien (NRC)

1994 : le comité S-581 "Ad Hoc Committee on Soil Quality" fut crée par la Société Américaine des Sciences du Sol (SSSA) ⇒ (Allan et al. (1995) ; Doran et al. (1994); Karlen et al. (1997), Doran & Safley (1997)

les indicateurs de qualités des sols existants sont...

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