• Le niveau de contamination des boues d’épuration

Les boues d’épuration concentrent les contaminants présents dans les eaux usées. Le taux de capture des contaminants par les boues se situent entre 70 et 90 % des quantités entrantes dans la station d’épuration. Les teneurs des boues en contaminants varient selon la qualité des eaux entrantes et les traitements de stabilisation et/ou de déshydratation appliqués aux boues. Le chaulage, par exemple, diminue les valeurs observées par effet de dilution.

Teneurs en éléments-traces ET (?) (valeurs en g/t MS)

Ces données sont collectées à travers des enquêtes ou des campagnes de mesure (ADEME, 1995 ; Agence de l’eau RMC et Recyval, 1998 ; SYPREA, 2000). Les données les plus récentes (SYPREA, 2000) confirment la baisse continue des teneurs en ET des boues d’épuration.

Les boues produites en France ont des teneurs en ET nettement inférieures aux valeurs limites énoncées par la réglementation et comparables à celles des boues des autres pays européens.

Une analyse statistique plus approfondie permet d’identifier des situations à faible niveau de contamination (inférieure à la moyenne du tableau ci-dessus) et des situations comparativement moins bonnes.

Le zinc et le cuivre sont les ET les plus importants en quantité dans les boues, quelques centaines de g/t MS, soit des valeurs proches des lisiers de porcs. Viennent ensuite le plomb, le chrome et le nickel (quelques dizaines de g/t MS), puis le cadmium et le mercure (moins de 3 g/t MS). Selon les activités économiques spécifiques raccordées au réseau d’assainissement, on peut trouver d’autres éléments comme de l’argent (rejets de laboratoires photos), du bore, du molybdène, etc.

Teneurs en composés-traces organiques CTO (?)

Les données documentaires et analytiques confirment la présence possible de nombreux composés-traces organiques dans les boues d’épuration. Une étude bibliographique de l’ADEME (1995) indique que sur quelque 200 composés pour lesquelles des données existent, 30 % ne sont pas retrouvées dans les boues, 50 % sont retrouvées dans 10 % des cas, et 12 % dans 90 % des cas. Seuls les détergents et leurs dérivés atteignent individuellement et en moyenne des teneurs supérieures à 1 000 g/t MS. Il est à noter que les traitements aérobies en station d’épuration dégradent plus fortement les détergents que les traitements anaérobies. Pour l’essentiel des substances, les teneurs observées sont inférieures à 10 g/t MS et même à 1 g/t MS pour 35 % d’entre elles.

La réglementation française demande le suivi de trois HAP et sept PCB : ces substances ont été choisies car elles sont résistantes à la biodégradation, et donc persistantes dans les sols. A ce titre, ce sont de bons indicateurs de suivi des substances organiques chimiques dans les boues, même si leur très faible teneur (moins de 1 g/t MS) peut poser des problèmes analytiques par ailleurs.


Quelques données analytiques récentes (SYPREA, 2000).

La notion de contamination des boues est une notion ambiguë. Elle implique en effet une référence à une situation dite “normale” qui n’a jamais été clairement définie. En toute logique, elle devrait correspondre à des boues issues des seules activités domestiques et des excrétions du métabolisme humain.

• Les teneurs naturelles du sol en éléments-traces

Les éléments-traces (ET) sont naturellement présents dans les roches à l’origine des différents types de sol (roches-mères) :

Les teneurs des sols en ET dépendent donc directement de la nature des roches-mères sur lesquelles ils se sont formés.

La concentration d’un élément, lorsqu’il n’y a pas eu d’apport extérieur (dû à l’activité humaine), constitue le fonds géochimique naturel de cet élément.
Il varie d’une zone géographique à une autre en fonction de la roche-mère.

Pour un même lieu, il peut varier selon la nature des travaux agricoles : par exemple, un labour profond qui fait remonter en surface des éléments issus de la roche-mère.

La connaissance des teneurs en ET dans les sols repose sur des programmes d’études comme ceux dont les résultats sont présentés dans le tableau ci-dessous. Ces données proviennent des suivis de la qualité des sols mis en place dans le cadre des plans d’épandage des boues d’épuration. Elles fournissent une indication statistique représentative à la fois de la variabilité du sol et de la précision du protocole d’échantillonnage et d’analyse.

Teneurs en éléments-trace dans les sols - étude ADEME/INRA (1997)

Il existe aussi une variabilité des teneurs au niveau d’une même parcelle.
Par exemple, la mesure de 65 échantillons prélevés dans un carré de 80 mètres de côté montre des variations de 0,14 à 0,38 g/t pour le cadmium et de 21,5 à 32,9 g/t pour le cuivre.



Un apport limité d’éléments-traces (quelques grammes par hectare pour le cadmium, par exemple) n’a pas d’effet sur la qualité des sols.
Il est généralement impossible d’en retrouver l’impact, dans des conditions normales d’épandage des boues. Ceci a été confirmé par des essais de longue durée.

médiane : valeur correspondant à 50 % des résultats
9^e décile : valeur maximale observée pour 90 % des résultats

Connaissant les teneurs en ET des sols et en considérant une couche arable de 25 à 30 cm de sol, il est possible d’estimer les stocks en ET pour un hectare de terre arable :

Stocks naturels, ou normaux, d'ET dans les sols, par hectare, en France ( base : 3 500 tonnes de terre/ha – teneurs de références : valeurs ADEME/INRA)

On observe que certains éléments sont en très petites quantités (mercure, cadmium) et d’autres par contre sont toujours présents de façon plus significative (chrome, cuivre, nickel, plomb, zinc).


• L’apport de contaminants au sol par épandage

La pratique de l’épandage se traduit par une dispersion sur une superficie donnée des contaminants véhiculés par les boues. Il est alors nécessaire d’apprécier les apports à différentes échelles spatiales.

Généralement, sont pris en compte :
- le niveau de la parcelle par le biais des apports annuels,
- le niveau du périmètre d’épandage en rapport avec le flux émis
par la station (quantité totale d’ET émise, via les boues produites en 1 an).

La concentration en contaminants dans les boues ne renseigne pas sur les quantités, ou flux, apportées au sol lors des épandages. Ces flux sont obtenus en multipliant les teneurs dans les boues par la quantité de boue épandue.

FLUX = CONCENTRATION X QUANTITE EPANDUE

On parle de "charge" de contamination pour des flux exprimés par hectare et par an, soit des concentrations multipliées par des doses agronomiques annuelles. En pratique, la charge moyenne apportée (quantité moyenne par an et par ha) dépend donc de la dose agronomique qui est déterminée à travers le raisonnement de la fertilisation en fonction de la valeur agronomique des boues. En général, cette dose se situe entre 1 et 2 t MS/ha/an.

Le tableau ci-dessous montre que sur la base des concentrations moyennes observées, les flux sont sensiblement inférieurs aux seuils réglementaires.

Calcul de flux moyens d'ET (Données ET : tableau haut de page)

La présence de contaminants n’implique pas qu’il y a pollution des sols.
Leur détection permet de prendre des mesures de prévention qui peuvent être de plusieurs types :
- limitation des flux ou des concentrations maximum de contaminants à ne pas dépasser et contrôle de la composition des produits,
- application de tests de phytotoxicité ou écotoxicologiques, représentatifs de certains risques pour la flore et la faune terrestre,
- mise en place d’obligations de surveillance et de suivi des effets afin d’éviter toute dérive dans le temps.

Au niveau de la parcelle, il faut tenir compte de l’ensemble des flux contaminants : ceux apportés par les boues, ceux apportés par les engrais complémentaires ou par d’autres épandages et raisonner sur une succession culturale. Il faut y rajouter les retombées atmosphériques comme le montre le tableau page suivante, les voies d’apport d’éléments chimiques en traces dans les sols sont diverses et d’importance différente selon l’élément considéré :

- le cuivre provient surtout des traitements phytosanitaires (76 %), mais également des déjections animales (19 %),
- le zinc est apporté majoritairement par les déjections animales (70 %), et par les déchets urbains dans une moindre mesure (28 %),
- le cadmium est essentiellement lié aux apports d’engrais minéraux (89 %), et un peu à l’épandage des déchets urbains (7 %),
- le plomb provient surtout des retombées atmosphériques (97 %). La baisse des carburants plombés devrait réduire fortement cette source d’apport au sol.

Estimation des apports au sol d'éléments-traces par sources majeures en France (Source : Académie des Sciences, 1998)

Les études montrent que les apports sont localement très variables suivant les expositions.
La proximité des villes, d’installations industrielles, d’infrastructures routières ou encore les zones d’épandage des effluents d’élevage, modulent le type et l’ampleur de ces contaminations.
Les dispositifs de surveillance et d’observation sont en cours de développement et contribueront à terme à une meilleure protection générale des sols.

• Apports de contaminants : présentation de différents itinéraires de fertilisation

On considère l’exemple d’une parcelle sur un sol bien pourvu en phosphore (P₂O₅) et en potassium (K₂O) avec la rotation suivante : betterave, blé, pois, blé.

Les besoins en éléments fertilisants pour les 4 années de rotation s’élèvent à :

N : 550 kg/ha
P₂O₅ : 160 kg/ha
K₂O : 320 kg/ha,

besoins correspondant à la moyenne de la fertilisation pratiquée en France.

Les résultats permettent de comparer 4 itinéraires :

1. Fertilisation minérale uniquement
Dans ce cas, on apporte 1 650 kg d’ammonitrate à 33,5 %, 360 kg de superphosphate 45 et 530 kg de chlorure de potassium.
2. Fertilisation par des boues, complétée par des engrais minéraux
L’apport de boues a été limité à 4 tonnes sur les 4 ans pour ne pas apporter de phosphore en excès.
Il est complété par 1 400 kg d’ammonitrate 33,5 et 530 kg de chlorure de potassium. Aucun apport de phosphore minéral n’est réalisé : tout a été fourni par l’apport de boues.
3. Fertilisation par fumier, complétée par de l’ammonitrate
Apport de fumier de bovins à raison de 15 tonnes de matière sèche sur 4 ans, pour satisfaire les besoins en phosphore, complété par 450 kg d’ammonitrate 33,5.
4. Fertilisation par lisier, complétée par de l’ammonitrate
L’apport de 50 m³ de lisier sur les 4 ans (soit environ 4,5 tonnes de matière sèche) couvre les besoins en phosphore et en potassium. On complète par 850 kg d’ammonitrate 33,5.

Exemples de teneur moyenne en éléments-traces des fumiers, lisiers, engrais en g/t MS
(Synthèse des sources ADEME, BNAME, UNIFA, ATV, ITCF, ACTA, MAP)

* les colonnes vides correspondent le plus souvent à des valeurs nulles, parfois des valeurs manquantes

Bilan des apports en éléments-traces, en g/ha/an :

Commentaire : Pour les itinéraires de fertilisation intégrant des produits organiques (fumiers, lisiers ou boues), on constate des quantités tout à fait comparables d’apport au sol. L’itinéraire avec fertilisation chimique seule apporte le moins d’ET, à l’exception du cadmium lié aux engrais phosphatés. L'itinéraire avec lisier apporte le moins de cadmium.