Brevet FR2919783A1 — publié le 20090213

La présente invention concerne un procédé de traitement d'un sol dégradé et un sol construit artificiellement selon le procédé. L'action de l'homme, par l'agriculture, et/ou l'urbanisation et/ou l'industrie, dans certaines zones, modifie et altère profondément les fonction élémentaires du sol (telles que par exemple ses rôles de support de végétation, d'échange et de filtre, de support à la diversité biologique) et/ou apporte des éléments polluants. Ces zones sont appelées dans la suite du texte sols ou substrats dégradés et ce sont par exemple des friches industrielles, d'anciennes décharges, des sols non fertiles, des zones de démolition, des pistes de skis, etc... sur lesquels une recolonisation végétale spontanée est impossible ou extrêmement limitée. Des procédés d'amélioration et de fertilisation de substrats sont bien entendu connus et consistent à amender une couche de substrat par un apport de terre végétale et/ou d'un matériau fertilisant naturel ou artificiel (type engrais) qui est mélangé audit substrat sur une certaine profondeur. Ces procédés ne s'appliquent pas, et/ou ne sont pas totalement efficaces et/ou sont onéreux et/ou présentent un impact environnemental négatif. Des procédés de revégétalisation ou reboisement des décharges de déchets industriels sont également connus, ils consistent à creuser pour chaque arbre ou plante une fosse dans laquelle on dépose de la terre fertile. Les principaux inconvénients de ce procédé sont : de créer un environnement visuellement non homogène car les intervalles entre les plantes ou arbres ne sont pas recolonisés par la végétation, d'avoir une pérennité limitée car il se produit, d'une part un épuisement de la terre fertile, et d'autre part un développement de racines vers le substrat dégradé qui conduisent à une durée de vie limitée de ladite végétation (quelques dizaines d'année). D'une façon générale, les substrats dégradés constituent des zones en friches ou zones incultes dont la requalification en zones végétalisées constitue un enjeu économique et un enjeu de société. Les technologies de requalification de ces zones demandent encore à être optimisées pour être efficaces et pérennes. L'objectif fixé par la demanderesse est de proposer une technologie de requalification de zones dégradées imposant d'utiliser à la place des terres saines naturelles (appelées terres végétales) ou un mélange avec celles-ci, des produits de recyclage, ou des déchets ou des sous produits même ceux qui sont considérés comme incompatibles à priori avec la problématique de fertilisation d'un sol. Pour atteindre cet objectif, la demanderesse propose un procédé de remise en état de sites dégradés qui consiste en une construction de sol mettant en oeuvre (par formulation, superposition et traitement) des matériaux d'origine urbaine et industrielle (sous produit papetier, compost de déchets verts, terre industrielle traitée ou autres). Cette construction de sol visant à sa requalification, c'est-à-dire à la restauration des fonctions élémentaires de la couverture pédologique et l'obtention d'un niveau de fonctionnalités satisfaisant permettant de répondre à un usage prédéterminé (par exemple une végétalisation extensive, une production de biomasse végétale) pour le site. Les matériaux employés pour cette construction seront dans la suite du texte, appelés matériaux parents . La demanderesse propose également les bases d'un modèle décisionnel permettant de prédire la fertilité d'un mélange de matériaux parents constituant le sol construit. Plus particulièrement l'invention consiste en un procédé de traitement d'une zone dont le substrat est dégradé et devenu impropre à assurer des fonctions élémentaires d'un sol tel que rôle de support de végétation, d'échange, de filtre, de support à la diversité biologique par exemple, et/ou qui comporte des éléments polluants, zones sur lesquelles une recolonisation végétale spontanée est impossible ou extrêmement limitée, procédé consistant à construire artificiellement un sol par dépôt d'au moins un horizon de développement (1) déposé sur toute la surface du substrat dégradé, caractérisé en ce que le procédé consiste à 1 ) définir des critères de bases, principalement au moins les critères suivants : o un ou des usages prédéterminés par le gestionnaire du site. o au moins une des contraintes suivantes liées au site : topographie, géographie, pollutions résiduelles. 2 ) ensuite définir les critères physico-chimiques du site comprenant principalement au moins les critères suivants : o le niveau de fertilité biologique et physico-chimique nécessaire à le ou les usages prédéterminés par le gestionnaire, o un transfert de contaminants depuis le sol final compatible avec le ou les usages prédéterminés. 3 ) ensuite rechercher et choisir des sous produits compatibles avec les données définies précédemment, cette recherche est établie en fonction d'au moins un des critères suivants : o gisements disponibles, o des paramètres agronomiques, techniques, et environnementaux des matériaux parents, 4 ) mettre en oeuvre des sous produits par mélange entre eux afin d'aboutir au sol final végétalisable qui sera déposé sur le substrat. Préférentiellement, on construit selon un procédé un sol qui comporte obligatoirement au dessus d'un substrat dégradé à réhabiliter : au moins un horizon de développement, préférentiellement combiné à l'un au moins des horizons optionnels suivants : horizon de croissance, horizon hydrique, horizon de confinement. Lors de la mise en oeuvre du procédé les sous produits peuvent être mélangés à de la terre. On comprendra mieux l'invention à la lecture de la description ci-après faite en liaison avec les figures suivantes : - figure 1 : profil de sol construit selon un premier exemple non limitatif de l'invention - figure 2 : profil de sol construit selon un deuxième exemple non limitatif de l'invention - figure 3: profil de sol construit selon un troisième exemple non limitatif de l'invention La démarche de construction d'un sol final selon l'invention en vue de transformer un site dégradé en un site végétalisable est la suivante : 1 - définir des critères de bases : - un ou des usages prédéterminés par le gestionnaire du site. Par exemple : intégration paysagère, atténuation naturelle, production biomasse, etc... - des contraintes liées au site : topographie, géographie, pollutions résiduelles, etc... 2 - ensuite définir les critères physico-chimiques du site comprenant : - le niveau de fertilité biologique et physico-chimique nécessaire à l'usage prédéterminé par le gestionnaire, - un transfert de contaminants depuis le sol final compatible avec l'usage prédéterminé. 3 - ensuite rechercher et choisir des sous produits compatibles avec les données définies précédemment, cette recherche est établie en fonction : - des gisements disponibles, -des paramètres agronomiques, techniques, et environnementaux des matériaux parents, 4 - mettre en oeuvre des sous produits par mélange entre eux et éventuellement avec de la terre de remblais/déblais et/ou des terres polluées ayant subi des traitements biologiques ou physiques ou chimiques (à titre d'exemple non limitatif de traitements, on peut citer la désorption thermique et l'oxydation.), afin d'aboutir au sol final végétalisable qui sera déposé sur un substrat. Ce sol final porte dans la suite du texte le nom de sol construit et il est constitué avec des matériaux parents qui sont déposés en couches à fonctionnalités prédéterminées, celles-ci étant dénommées horizon , terme en usage dans le domaine de la pédologie. Ces couches sont superposées en ordre déterminé et s'étendent chacune sur toute la surface du substrat à recouvrir. Par sous produits on comprend aussi bien les sous produits valorisables résultant d'un procédé d'obtention d'un produit, que les sous produits qualifiés de déchets. La demanderesse a déterminé expérimentalement qu'un sol construit (voir figures 1 à 3) selon l'invention doit comporter obligatoirement au dessus d'un substrat (5) dégradé à réhabiliter : au moins un horizon de développement (2), préférentiellement combiné à l'un au moins des horizons optionnels suivants : horizon de croissance (1), horizon hydrique (3), horizon de confinement (4). Un substrat dégradé (5) se caractérise en premier lieu par sa déficience à constituer un support de végétation et de biodiversité. II peut être de manière non limitante une roche mise à nu, un scellement partiel de surface (restes de fondations ou de plate forme bétonnée) ou une terre industrielle contenant des résidus de pollution. Un horizon de développement (2) se définit par sa fonction qui est de constituer un lieu d'implantation et de réserve en nutriment pour les plantes (via leurs racines) et la faune du sol, ainsi que par ses propriétés et sa composition. II présentera en l'occurrence une texture équilibrée (teneur en argile inférieure à 400 g.kg-' et teneur en sable grossier inférieure à 650 g.kg-l), une densité apparente comprise entre 0,7 et 1,5 kg.dm-3, une valeur de CEC (capacité d'échange cationique) supérieure à 3 cmol.g-1, une concentration en carbone organique comprise dans une fourchette large de 15 à 150 g.kg-1, mais préférentiellement de 50 à 80 g.kg-' enfin la concentration en azote totale sera comprise dans une fourchette large de 0,50 à 10,0 g. kg-1, mais préférentiellement de 1 à 5 g.kg-' . II pourra avoir une épaisseur comprise entre 0,10 et 2,00 m, mais préférentiellement entre 0,80 et 1,20 m. II est obtenu par exemple par utilisation des matériaux parents tels que les sous-produits papetiers, les sous produits des industries alimentaires, les terres de remblais/déblais, les terres industrielles traitées. Un horizon de croissance (1), est toujours déposé en couche au dessus de l'horizon de développement (2) et se définit par sa fonction de réceptacle de graines et favorise donc les premiers stades de leur croissance ainsi que par ses propriétés et sa composition. II présentera en l'occurrence une concentration en carbone organique supérieure à 50 g.kg-1, une concentration en azote total supérieure à 5 g.kg-1, une concentration en phosphore assimilable supérieure à 0,4 g.kg-l. II pourra avoir une épaisseur comprise entre 0,02 et 0,20 m, mais préférentiellement entre 0,05 et 0,10 m. II est par exemple obtenu par utilisation de matériaux parents tels que le compost de déchets verts, le compost de boues urbaines, le compost d'ordures ménagères, les terres de remblais/déblais, les terres industrielles traitées. Un horizon hydrique (3) est définit par sa fonction de réserve hydrique pour les plantes ainsi que par ses propriétés et sa composition. II présentera en l'occurrence une réserve en eau utile pour les plantes supérieures à 30 %. II pourra avoir une épaisseur comprise entre 0,10 et 1,00 m, mais préférentiellement entre 0,30 et 0,50 m et il sera toujours prévu, lorsqu'il est présent, entre l'horizon de développement et le substrat en place. II est obtenu par exemple par utilisation des matériaux parents tels que les sous produits papetiers ou des sous-produits d'industries alimentaires. Un horizon de confinement (4) a pour fonction d'assurer le confinement d'un substrat contenant des pollutions résiduelles afin d'éviter tout transfert de celles-ci vers les nappes souterraines et se définit par ses propriétés et sa composition. II présentera en l'occurrence une perméabilité inférieure à 10-' m.s-'. II pourra avoir une épaisseur comprise entre 0,10 et 1,00 m, mais préférentiellement entre 0,30 et 0,50 m et il sera toujours prévu, lorsqu'il est présent, entre l'horizon de développement et le substrat en place. II est obtenu par exemple par utilisation des matériaux parents tels que les sous produits papetiers ou des sous-produits d'industries alimentaires, et de chaux. II pourra être compacté afin d'améliorer ses propriétés de confinement. Certains matériaux parents nécessitent un traitement préalable. Ce peut être un traitement physique (par exemple : criblage, compactage, drainage) ou chimique (par exemple : chaulage). Pour l'évaluation du niveau de fertilité chimique, la connaissance des besoins des végétaux en éléments nutritifs a poussé la demanderesse à faire l'hypothèse que, dans un premier temps, seuls les besoins en éléments majeurs N, P et K sont suffisants. Pour le fonctionnement des sols issus d'un procédé selon l'invention, l'hypothèse est alors faite que la quantité disponible en éléments nutritifs dans un mélange est égale à la somme fournie par chacun des matériaux purs. La demanderesse préconise donc la formulation suivante pour l'évaluation du niveau de fertilité chimique : En posant : x : proportion en volume d'un premier matériau A constituant le mélange y : proportion en volume d'un deuxième matériau B constituant le mélange de : demande en élément considéré de l'espèce modèle (mg.L-) tB : teneur en élément considéré (mg.L-) dans le matériau B tA : teneur en élément considéré (mg.L-) dans le matériau A * : opérateur de multiplication x*tA +y*tB =de x=de ù tB tA - tB H x+y= 1 y= 1 -x Pour l'évaluation du niveau de toxicité et des teneurs en polluants des tests peuvent être pratiqués sur les matériaux parents, par exemple un test connu en soi de percolation en colonne et réalisé en laboratoire et permettant de mémoriser des donnés sur ordinateur. A titre d'exemples non limitatifs, la demanderesse a réalisé trois sols construits selon trois objectifs prédéterminés et différents, à savoir : - exemple 1 : dans un objectif de végétalisation extensive d'un ancien site de cokerie dépollué, a été mis en oeuvre un sol construit avec 2 horizons élémentaires, composé de déchets et sous produits présents sur le site ou disponibles à proximité : o les matériaux identifiés comme présentant un intérêt agronomique et pédologique : un compost de déchets verts, des sous-produits papetiers, une terre industrielle traitée par désorption thermique, o un horizon de croissance constitué de compost de déchets verts pur, (concentration en carbone organique : 217 g.kg-1, concentration en azote total : 11 g. kg-1) sur une épaisseur de 0,1 m. o un horizon de développement constitué d'un mélange 50/50 (en volume) de sous produit papetiers et de terre industrielle traitée (concentration en argile : 110 g.kg-1, concentration en sable grossier : 445 g.kg-1, CEC : 6 cmol.g-1, concentration en carbone organique 83 g.kg-1, concentration en azote total 2 g.kg-l) sur une épaisseur de 0,9 m. o enfin, un semis de mélange Poacées/Fabacées, en l'occurrence raygrass/luzerne, a été réalisé sur l'horizon de croissance. - exemple 2 : dans un objectif de végétalisation extensive et d'isolation d'un substrat industriel présentant des résidus de pollution, a été mis en oeuvre un sol construit avec 2 horizons de croissance et de développement et un horizon de confinement, composé de déchets et sous-produits présents sur le site ou disponible à proximité et d'un co- produit : o les matériaux identifiés comme présentant un intérêt agronomique et pédologique : un compost déchets verts, des sous-produits papetiers, une terre industrielle traitée par désorption thermique ; le co-produit utilisé est de la chaux vive, o un horizon de croissance constitué de compost de déchets verts pur, (concentration en carbone organique : 217 g.kg-1, concentration en azote total : 11 g. kg-1), sur une épaisseur de 0,1 m, o un horizon de développement constitué d'un mélange 50/50 (en volume) de sous produit papetiers et de terre industrielle traitée, (concentration en argile : 110 g.kg- 1, concentration en sable grossier : 445 g.kg-1, CEC : 6 cmol.g-1, concentration en carbone organique 83 g.kg-1, concentration en azote total 2 g.kg-l) sur une épaisseur de 0,9 m. o un horizon de confinement constitué de sous-produits papetiers et de 5 % (en volume) de chaux vive ayant subit un compactage à l'aide d'un rouleau 25 (perméabilité : 7.10-8 m.s-'). o enfin, un semis de mélange Poacées/Fabacées, en l'occurrence raygrass/luzerne, a été réalisé sur l'horizon de croissance. - exemple 3 : dans un objectif d'implantation de végétation arborescente en vue de 30 l'intégration paysagère d'un ancien site industriel, a été mis en oeuvre un sol construit avec 2 horizons, un horizon de développement et un horizon hydrique, composé de déchets et sous-produits présents sur le site ou disponibles à proximité : o les matériaux identifiés comme présentant un intérêt agronomique et pédologique : des sous-produit papetiers, une terre de remblais et le substrat 35 pierreux du site. o un horizon de développement constitué d'un mélange 50/50 (en volume) de sous produit papetiers et de terre de remblais (concentration en argile: 150 g.kg-1, concentration en sable grossier : 400 g.kg-1, CEC : 8 cmol.g-1, concentration en carbone organique 60 g.kg-1, concentration en azote total 2 g.kg-l) sur une épaisseur de 0,7 m. o un horizon hydrique constitué d'un mélange 50/50 (en volume) de sous-produit 5 papetiers et de substrat pierreux (réserve en eau utile de 40 (Yo) sur une épaisseur de 0,5 m. o enfin, une plantation d'espèces arborescentes adaptées, a été réalisée sur l'horizon de développement. 15 20 REVENDICATIONS 1. ù Procédé de traitement d'une zone dont le substrat est dégradé et devenu impropre à assurer des fonctions élémentaires d'un sol tel que rôle de support de végétation, d'échange, de filtre, de support à la diversité biologique par exemple, et/ou qui comporte des éléments polluants, zones sur lesquelles une recolonisation végétale spontanée est impossible ou extrêmement limitée, 10 procédé consistant à construire artificiellement un sol par dépôt d'au moins un horizon de développement (1) déposé sur toute la surface du substrat dégradé, caractérisé en ce que le procédé consiste à 1 ) définir des critères de bases, principalement au moins les critères suivants : o un ou des usages prédéterminés par le gestionnaire du site. o au moins une des contraintes suivantes liées au site : topographie, géographie, pollutions résiduelles. 2 ) ensuite définir les critères physico-chimiques du site comprenant principalement au moins les critères suivants : o le niveau de fertilité biologique et physico-chimique nécessaire à le ou les usages prédéterminés par le gestionnaire, o un transfert de contaminants depuis le sol final compatible avec le ou les usages prédéterminés. 3 ) ensuite rechercher et choisir des sous produits compatibles avec les données définies précédemment, cette recherche est établie en fonction d'au moins un 25 des critères suivants : o gisements disponibles, o des paramètres agronomiques, techniques, et environnementaux des matériaux parents, 4 ) mettre en oeuvre des sous produits par mélange entre eux afin d'aboutir au 30 sol final végétalisable qui sera déposé sur le substrat. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors de la mise en oeuvre les sous produits sont mélangés avec de la terre. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que l'on construit un sol qui comporte obligatoirement au dessus d'un substrat (5) dégradé à 35 réhabiliter :au moins un horizon de développement (2), préférentiellement combiné à l'un au moins des horizons optionnels suivants : horizon de croissance (1), horizon hydrique (3), horizon de confinement (4). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on définit l'horizon de développement par une texture de teneur en argile inférieure à 400 g.kg-' et de teneur en sable grossier inférieure à 650 g.kg-1, une densité apparente comprise entre 0,7 et 1,5 kg.dm-3, une valeur de CEC (capacité d'échange cationique) supérieure à 3 cmol.g-1, une concentration en carbone organique comprise dans une fourchette de 15 à 150 g.kg-1, une concentration en azote totale comprise dans une fourchette de 0,50 à 10,0 g.kg-' et une épaisseur comprise entre 0,10 et 2,00 m. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on choisit préférentiellement une concentration en carbone de 50 à 80 g.kg-l. 6. Procédé selon l'une des revendications 4 à 5, caractérisé en ce que l'on choisit préférentiellement une concentration en azote de 1 à 5 g.kg-l. 7. Procédé selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'on choisit préférentiellement une épaisseur entre 0,80 et 1,20 m. 8. Procédé selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce qu'un horizon de croissance (2) est toujours déposé en couche au dessus de l'horizon de développement (1) et présente une concentration en carbone organique supérieure à 50 g.kg-1, une concentration en azote total supérieur à 5 g.kg-1, une concentration en phosphore assimilable supérieure à 0,4 g.kg-1, une épaisseur comprise entre 0,02 et 0,20 m. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'épaisseur est préférentiellement comprise entre 0,05 et 0,10 m. 10. Procédé selon l'une des revendications 3 à 9, caractérisé en ce qu'un horizon hydrique (3) ou un horizon de confinement (4) seront toujours prévus, lorsqu'ils sont présents, entre l'horizon de développement et le substrat en place. 11. Procédé selon l'une des revendications 3 à 10, caractérisé en ce qu'on définit un horizon hydrique (3) qui présente une réserve en eau utile pour les plantes supérieures à 30 %, avec une épaisseur comprise entre 0,10 et 1,00 m. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'épaisseur est préférentiellement comprise entre 0,30 et 0,50 m. 13. Procédé selon l'une des revendications 3 à 15, caractérisé en ce que l'on définit un horizon de confinement avec une perméabilité inférieure à 10-' m.s-', et une 10 épaisseur comprise entre 0,10 et 1 m. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'on choisit préférentiellement une épaisseur comprise entre 0,30 m et 0,50 m. 15 15. Procédé selon l'une des revendications 2 à 14, caractérisé en ce que l'on évalue la fertilité chimique par la formulation : C X*tA + y*tB =de X=de ù tB tA - tB x+y=1 y=1-x dans laquelle : 25 x : proportion en volume d'un premier matériau A constituant le mélange y : proportion en volume d'un deuxième matériau B constituant le mélange de : demande en élément considéré de l'espèce modèle (mg.L-) tB : teneur en élément considéré (mg.L-) dans le matériau B tA : teneur en élément considéré (mg.L-) dans le matériau A 30 16. Sol construit artificiellement, du type comportant au moins un horizon de développement, caractérisé en ce qu'il est obtenu par le procédé selon l'une au moins des revendications 1 à 15. H 20