• Les processus d’absorption par des plantes

L’étude des transferts de contaminants vers les plantes porte à la fois sur les éléments-traces ET (?) et sur les composés-traces organiques CTO (?).

La contamination résulte essentiellement de l’absorption par les racines.
Plus rarement, elle peut se faire par les feuilles (si certains polluants passent à l’état gazeux) ou par souillure directe des plantes récoltées.

En ce qui concerne l’absorption par les racines, le transfert va dépendre de la conjonction plus ou moins favorable de deux phénomènes :

- l’offre du sol, c’est-à-dire la quantité de contaminants disponible pour la plante (selon leur biodisponibilité (?),
- la demande de la plante qui est régie par des caractéristiques propres aux différentes espèces et variétés et qui varie en fonction des stades végétatifs.

Le cas des ET a été le plus étudié, non seulement en France mais aussi en Europe et aux USA, et les données sur le sujet sont nombreuses. L’étude des CTO est plus récente, mais les résultats acquis permettent cependant de dresser un état des connaissances.


• Les mécanismes de transferts des éléments-traces (ET)

• Le transfert des ET dans les plantes
dépend d’abord de leur aptitude à être libérés dans l’eau du sol, ensuite de la faculté d’assimilation et de stockage de la plante, enfin des interactions entre le sol et la plante d’une part, entre les métaux eux-mêmes d’autre part.

Les conditions qui influencent l’offre du sol sont :

- le pH : s’il baisse (acidification), certains ET sont libérés plus facilement vers la solution du sol. C’est le facteur principal jouant sur la mobilité des métaux dans le sol. Il justifie l’interdiction réglementaire d’épandage des boues sur les sols à pH < 5 ou 6.

Dans les anciens sols de vigne à teneur élevée en cuivre, l’apport massif de matières organiques est obligatoire pour lever la toxicité cuprique.

L’absorption de minéraux par la plante, via la solution du sol, est un phénomène normal et bénéfique qui participe à la richesse minérale de l’alimentation.
Seul l’excès d’absorption est critiquable.


L’épandage de boues est interdit en cultures maraîchères dix mois avant la récolte (boues hygiénisées) ou dix-huit mois (boues non hygiénisées). Les données ci-contre résultent de travaux de recherche.

Il faut y ajouter les effets d’antagonisme et de synergie des éléments entre-eux : par exemple, en présence de cuivre le transfert du cadmium est stimulé, tandis que le fer réduit la biodisponibilité de ces deux éléments.

Ces conditions ne jouent pas systématiquement dans le même sens et leurs effets sur la mobilité des ET varient suivant l’élément considéré. En outre, certaines d’entre elles sont conjoncturelles et donc susceptibles de varier dans le temps.

• En ce qui concerne la demande par la plante,
elle dépend essentiellement des points suivants :

- Organe : les ET sont absorbés dans la plante essentiellement par les racines ; ils y sont stockés et atteignent peu les autres parties de la plante.

- Espèces : certaines espèces ont tendance à accumuler les ET plus que d’autres. Pour le cadmium, les concentrations dans les parties comestibles se classent par ordre décroissant : (épinard, laitues) > carotte > (pêche, pomme)

- Variété : au sein d’une même espèce, la concentration dans la plante varie selon la variété. Pour la laitue, par ordre décroissant : Summer Bibb > Belmay > Romaine

- Âge : en général, les concentrations en ET sont plus fortes dans les jeunes pousses.


• Teneurs naturelles des plantes en éléments-traces

La richesse naturelle des plantes en ET est fonction du couple végétal/ET, car le taux de transfert du sol vers la plante varie pour chaque espèce, pour chaque variété et pour chaque ET. Le tableau ci-dessous donne une idée de la richesse minérale des végétaux cultivés.

Teneurs naturelles des végétaux cultivés en ET (ppm*)

* ppm : partie pour million (mg par kg de matière sèche)

• Enseignement des essais expérimentaux sur les transferts d’éléments-traces en cas d’épandage de boues d’épuration

De nombreux essais expérimentaux au champ et en laboratoire ont été réalisés, en France et à l’étranger depuis plus de 20 ans, sur la question des transferts d’ET dans le cas d’épandage de boues. Ces essais sont à classer dans deux grandes catégories :

- ceux réalisés avec des doses (très) massives de boues (très) contaminées,

- ceux réalisés avec des doses normales de boues normales.

Les essais de la première catégorie sont les plus nombreux.

L’intérêt des essais de la première catégorie était d’exacerber les phénomènes pour mieux extérioriser et mesurer les effets. En effet, la difficulté rencontrée dès le début des travaux était de mesurer des substances présentes à faible teneur dans la plante, à l’inverse d’éléments constitutifs majeurs comme le carbone, l’azote ou le phosphore. Dans de tels essais, les doses appliquées étaient de 5 à 25 fois supérieures à la normale, et les boues présentaient des teneurs 2 à 100 fois supérieures aux valeurs-limites autorisées pour l’épandage.
Ces essais confirment la possibilité de contaminer les récoltes subissant de tels traitements. Ils justifient les mesures réglementaires prises depuis cette époque pour fixer des valeurs-limites en ET aux boues à épandre et des quantités-limites d’ET à apporter au sol (par hectare et par an), ainsi que pour obliger à un dosage précis des quantités à apporter, sur la base d’un raisonnement agronomique. Certains de ces essais ont montré que des apports excessifs de fumiers de ferme -pourtant à teneur normale en ET- pouvaient également avoir un effet néfaste sur la qualité des sols et des récoltes.

Les essais expérimentaux de la seconde catégorie (“boues normales à doses normales”) sont moins nombreux. Ils correspondent plutôt à une logique d’observation en routine, qui sort des thématiques scientifiques usuelles. Les résultats de tels essais, complétés par diverses données ponctuelles convergentes (produites par les Chambres d’agriculture, les bureaux d’étude), montrent qu’aucune différence significative de composition des récoltes ne peut être mise en évidence.
Parfois, au contraire, l'apport de boues fait baisser les teneurs des plantes en ET. Les différences observées d’une part entre les divers essais, d’autre part entre les parcelles avec boues et sans boues, s’expliquent par des différences de pH du sol, des phénomènes de synergie ou d’antagonisme (entre ET et avec le phosphore), les apports organiques eux-mêmes.

Dans un souci de précaution, le suivi des parcelles recevant des boues depuis de nombreuses années est essentiel pour prévenir les risques à long terme de l’épandage. La réglementation a clairement prévu le suivi régulier de la qualité des sols recevant des boues d’épuration, avec un état-zéro avant le premier épandage servant de point de référence.

• Les transferts de composés-traces organiques (CTO)

D’après les études réalisées dans divers pays, il ressort que les taux de transfert sont négligeables à nuls. Ils dépendent de la taille de la molécule et de sa charge en chlore.

Le rapport du Conseil Supérieur de l’Hygiène Publique de France (1998) signale des taux de transfert de 0 à 0,05 ppm pour les hydrocarbures polyaromatiques (HPA), les molécules s’accumulant de préférence dans les parties souterraines de la plante. Les polychlorobiphényles (PCB) s’accumulent dans les épidermes végétaux, d’autant plus que la molécule est pauvre en chlore. Le passage semble surtout se faire par contact direct de la particule de boues sur l’épiderme racinaire, non par absorption racinaire proprement dite.


• L’évolution dans le sol de la biodisponibilité des contaminants

• pour les éléments-traces (ET)

Les teneurs et les formes chimiques des ET évoluent dans le temps, ceux-ci pouvant même disparaître (assimilation par les plantes, érosion,…).

Les expériences de longue durée ont montré que la biodisponibilité a tendance à diminuer après un apport de boue, avec des variations saisonnières.

L’exportation des ET par les récoltes est très faible. Elle n’excède jamais 1 % de l’apport cumulé par les boues sur la période considérée.

• pour les composés-traces organiques (CTO)

Il existe peu d’études à ce jour sur le devenir des CTO dans les sols recevant des boues de longue date, et notamment sur l'évolution des transferts dans le temps. Il apparaît néanmoins que la biodisponibilité (?), pour un composé, n’évolue pas dans le temps.

Les CTO présentent une capacité de biodégradation exprimée par la notion de demi-vie (temps pour dégrader la moitié de la quantité intitalement présente).

Une étude anglaise (Mc Lachlan, 1996) a montré que la rémanence de certains CTO (HAP notamment) était de 50 à 90 % en 18 ans. Sur les mêmes parcelles, les chercheurs ont prouvé que la rémanence de ces composés dépendait de la teneur en métaux des sols car elle influence l’activité des micro-organismes responsables de la dégradation de ces composés. Les composés les plus rémanents sont en général les moins transférables. La réglementation française a choisi des CTO à rémanence élevée dans le sol (6 mois à plusieurs années) comme traceurs de la contamination organique. La plupart des CTO ont une demi-vie beaucoup plus courte : 10 jours à 50 jours (Wild S.R. and Jones K.C., 1992).

Quelques essais au champ en France
[extrait de la brochure ADEME à paraître : "Etat de l'art sur les transferts d'ET des sols vers les plantes cultivées à vocation alimentaire"]

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