Gestion des sols faiblement pollués par des métaux lourds*

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Ecole polytechnique fédérale =Station fédérale de recherches de Lausanne = = -= _ _= en production végétale

de Changins

Président Professeur J. -C. Badoux Directeur: André Stâubli

Gestion des sols faiblement pollués par des métaux lourds*

P. COULLERY 1, EPFL, IATE-Pédologie, CH-1015 Lausanne

Introduction

En Suisse, la superficie des sols pollués par les métaux lourds avoisine 10 000 ha (Message LPE~t~,, 1993). Les sols qui ne sont que moyennement pollués doi- vent être gérés de manière à limiter le transfert des métaux indésirables dans la chaîne alimentaire humaine. Il s'agit également de tenir compte des problè- mes de toxicité pour les animaux d'éle- vage et les plantes, que la présence de ces métaux implique. Dans le réseau national d'observation des sols (OFEFP, 1993), on a montré que ce sont le plomb, le cuivre et le cadmium qui contribuent le plus, dans l'ordre dé- croissant, à la contamination d'origine anthropique des sols suisses.

*Extrait du travail de thèse réalisé à l' EPFL et à la RAC.

(e-mail: Pierre. Coullery@rect. uni l.ch).

L'ordonnance sur les polluants du sol (Osol, 1986) contient des valeurs indica- tives pour dix métaux lourds et pour le fluor. Ces valeurs correspondent à deux modes d'extraction, l'un avec HNO3 2 M ( «élément total») et l'autre avec NaNO3 0,1 M («élément soluble»).

L'article 34 de la loi fédérale sur la protection de l'environnement (LPE, 1996) signale que: «S'il est impossible d'exploiter un sol d'une manière con- forme à la pratique courante sans me- nacer l'homme, les animaux oit les plantes, les C-tintons prennent des mesu-

res propres à réduire les atteintes por- tées au sol de manière au moins à per- mettre une e.vplortatron inoffensive.»

Une des mesures envisageables est de remplacer la culture à risque par un autre type de culture, moins sensible aux atteintes.

Le but que nous nous sommes fixé est d'évaluer, à l'aide de quelques plantes fréquemment cultivées en Suisse, quels risques un terrain pollué par des métaux lourds représente pour l'homme, l' ani- mal ou la plante et quelles cultures per- mettent de les limiter. Les résultats complets du travail sont consignés dans un rapport de l'Office fédéral de l'envi- ronnement, des forêts et du paysage (OFEFP, 1996) et dans une thèse de doc- torat (COULLERY, 1997). Dans cet arti- cle, nous présentons une synthèse des principaux résultats.

Dispositif expérimental Choix des sites

et origine des pollutions

Après consultation des responsables de la protection des sols des cantons romands, de Berne et de Soleure, nous avons retenus cinq sites (fig. 1), présentant tous un dépas- sement de la valeur indicative Osol «élé- ment total» (tabl. 1), pour un ou plusieurs métaux lourds. Parmi ceux-ci, notre choix s'est limité au cadmium (Cd), au cuivre (Cu), au nickel (Ni). au plomb (Pb) et au

Dornach Reconvilier

;.

~ .

r ! Prangins

~ 1

r La Chaux-de-Fonds

r

,

Collex-Bossy

Fig. 1. Emplacements des parcelles polluées choisies pour l'étude.

Résumé

Diverses cultures ont été mises en place sur des terrains moyennement pollués par des métaux lourds, afin d'estimer les risques que leur pré- sence implique pour l'homme, l'animal ou la plante. Le blé est capable d'accumuler fortement le cadmium (Cd), même sur un sol à pH alcalin.

Sa culture présente donc un risque pour l'homme, en milieu faiblement pollué déjà, de même que la culture de légumes-feuilles sur un terrain acide pollué par du Cd.

La quantité de plomb (Pb) dans les plantes était très basse dans nos essais, excepté dans certaines laitues pommées, qui ont accumulé le Pb de manière totalement aléatoire. Une laitue pouvait avoir jusqu'à 250 fois plus de Pb qu'une autre poussant à côté d'elle.

Des problèmes de phytotoxicité ont été observés avec des céréales sur un ancien terrain viticole pollué par du cuivre (Cu). Sur un autre terrain avec une teneur en Cu plus importante, aucun problème n'est apparu.

Cette absence de phytotoxicité a été attribuée à une teneur en matière organique plus importante.

Aucun problème n'est apparu sur les terrains pollués par du nickel (Ni) ou du zinc (Zn).

Tableau 1. Teneurs moyennes en métaux totaux (extraits HNO3) et solubles (extraits NaNO3) des différentes parcelles.

Extrait HNO3 2 M (mg/kg) Extrait NaNO3 0.1 M (pg/kg)

Cd Cu Ni Pb Zn Cd Cu Ni Pb Zn pH

(H20)

La Chx-de-Fds (NE) 1,19 21 16 43 85 6,8 50 11 < 1 81 5,3 Collex-Bossy (GE) 0,11 30 172 17 67 0,6 27 122 < 1 < 5 6,6 Dornach (SO) 1,63 487 37 42 666 1,1 669 9 < 1 40 7,7 Prangins (VD) 0,24 334 44 16 56 < 0,3 450 < 5 < 1 < 5 7,9 Reconvilier (BE) 0,54 66 37 28 224 2,3 187 33 < 1 315 6,0

L--os 0 l 0,80 50 50 50 200 1 30,0 700 1 200 110001 500

En gras: teneurs dépassant les valeurs indicatives de l'Osol.

Fig. 2. Parcelle de Dornach (SO).

zinc (Zn), qui forment une liste de base simplifiée de la pollution des sols, et qui ont été choisis dans notre étude en raison de leurs effets toxiques.

0 U origine du Cd à La Chaux-de-Fonds (NE) est géologique. Le Cd présent dans le calcaire est progressivement libéré lors de la décarbonatation. CÉLARDIN et BAN- NINGER (1994) concluent que l'on gine des teneurs élevées en Cd observées dans la chaîne jurassienne est essentiellement naturelle. Selon ces auteurs, elle peut être reliée aux retombées de cendres volcaniques du quaternaire provenant du Laachersee, dans l'Eifel, et de la chaîne des Puys, dans l' Auvergne, dont les sé- diments post-glaciaires récents des envi- rons de Genève ont gardé la trace.

• A Collex-Bossy (GE), les teneurs éle- vées en Ni ont également été jugées d'origine géologique (CÉLARDIN et al., 1992). Le site se trouve sur le lit de l'an- cien glacier du Rhône, contenant des roches riches en serpentines (roches vertes) (CÉLARDIN et CHATENOUX, 1990), à teneurs élevées en Ni et en Cr.

• A Dornach (SO), les concentrations éle- vées en Cd, Cu, Pb et Zn proviennent d'une usine métallurgique., dont la chemi- née principale est distante de 200 mètres (WINISTÔRFER et WIRZ, 1987). Le début de l'activité de l'usine date de 1895. En 1982 et 1983, des mesures d'assainisse- ment des fumées ont été prises, afin qu'elles se situent dans les limites tole-

rées de polluants atmosphériques (GEIGER et SCHULIN, 1995).

Le site de Prangins (VD) a été utilisé jusqu'en 1958 pour la viticulture. L'em- ploi de produits phytosanitaires à base de Cu est à l'origine des teneurs élevées en cet élément.

A Reconvilier (BE) comme à Dornach, la pollution est due à la proximité d'une usine métallurgique (ANONYME, 1993).

Notre parcelle se trouve à environ 400 mé- tres de l' ancienne cheminée de l' usine et n'est pas dans l'axe des vents domi- nants, raison pour laquelle les teneurs sont inférieures à celles trouvées à Dor- nach. Des mesures d'assainissement des fumées ont également été prises dans cette usine.

Structure des parcelles et échantillonnage des terres

Sur chaque site, une parcelle de 375 m' (25 x 15 m) a été délimitée. Douze plantes ont été cultivées avec quatre répétitions et ont déterminé 48 placettes d'expérimenta- tion, d'une superficie de 1,5M2 (lx 1,5 m) (fig. 2), à l'exception de celles consacrées à la culture de la pomme de terre, 3,75 m'- (2,5 x 1,5 ni).

L'échantillonnage du sol a été réalisé dans les 20 premiers centimétres du sol (un échantillon par placette). Les prélèvements de terre ont eu lieu avant la mise en place des premières cultures, en mars 1993.

Choix des plantes et techniques culturales

Sur chaque parcelle, les plantes suivantes ont été cultivées pendant une ou deux périodes de végétation (1993-1994): blé (Triticum aestivtirn L.): variétés Albis, Frisal, Arina et Galaxie; orge (Hordeum vulgare L.): varié- tés Michka et Rebelle; seigle (Secale ce- reale L.): variété Danko; pomme de terre (Solanum tuberosum L.): variété Matilda;

laitue batavia (Lactuca sativa L. var. capi- tata L. nrdus jaggeri Helm.): variété Ma- rius; laitue pommée (Lactuca sativa L. var.

capitata L.): variété Sorraya; carotte (Dau- cus carota L.): variété Nandor; haricot (Phaseolus vulgaris L. var. nanus L.) Aschers): variété Calvy; petit pois (Pisum sativicm L. convar. sativum (grains ronds):

variété Douce Provence; oignon (Allium cepa L.): variété Copra; bette à côtes (Geta vulgaris L. var. cvcla f. crispa): variété Berac; trèfle blanc (Trifolrtrnl repens L.):

variété Milkanova; dactyle (Dacfflis glo- merata L.): variété Prato; dent-de-lion (Ta- ra.xcrcurn officinale Wiggers).

A La Chaux-de-Fonds, en raison de l'altitude (1000 m), le blé a été remplacé par l'orge (variété Hockey), le poireau (Allium por- rum L.): variété Primor et le triticale (x Triti- cosecale Wittm.): variétés Sandro et Brio.

A Reconvilier, le triticale (variété Sandro) a remplacé les céréales d'automne.

Le Une analyse préalable de fertilité des sols a montré que ceux-ci présentaient des teneurs satisfaisantes en éléments fertilisants. Pour cette raison et pour éviter une possible contamination en métaux lourds par les engrais, aucune fumure P, K, Mg et B n'a été apportée.

De l'azote a été donné sous la forme NH,NO, et KNO,, selon les doses ha- bituelles recommandées.

Echantillonnage des plantes

Les plantes destinées à l'alimentation hu- maine ont été récoltées à maturité, la cueil- lette ou le prélèvement portant exclusive- ment sur la partie consommable. Les feuilles de dent-de-lion ont été récoltées à la floraison. Les oignons ont été épluchés.

Les pommes de terre et les carottes n'ont pas été épluchées. Les enveloppes externes des grains de céréales ont été éliminées, à l'exception de celles de l'orge. Les plantes destinées à l'alimentation animale ont été échantillonnées juste avant la floraison, pour le trèfle blanc, et, pour le dactyle, lorsque sa hauteur était comprise entre 20 et 30 cm.

Le lavage des plantes s'est réalisé par im- mersion rapide dans des bains d'eau démi- néralisée de pureté croissante. Une fois la- vées, les plantes ont été séchées et broyées (tamis en titane).

Extractions et analyses spécifiques appliquées à l'étude des métaux lourds dans le sol et dans les plantes

L'extraction des métaux lourds totaux (HNO,) et solubles (NaNO,) s'est faite selon les méthodes pour l'analyse des sols (FAC, 1989).

Les échantillons de plantes ont été minéra- lisés à l' aide d'un four à micro-ondes. Tout le matériel en contact avec les échantillons

Cd [µg/kg]

6~ "

4 ^~ 3 ~

2j

1 j _D

12 11 10 g 8 7 B

g g 4 3 2 1 a

Fig. 4. Fluctuation des teneurs en Cd sur la parcelle de Reconvilier (extraits à NaNO3 0,1 M).

Les coordonnées A-D et 1-12 délimitent les 48 placettes.

Tableau 2. Valeurs figurant dans l'OSEC (mg/kg MF).

Cadmium Plomb

Valeur de tolérance Valeur limite Valeur de tolérance

Blé, orge, seigle en grains Légumesa

0,1 0,1

0,3 0,3

0,2 aCadmium: sauf céleris-raves, épinards, chicorées (toutes espèces), légumes-bulbes, légumes-fruits, légumineuses.

Plomb: sauf chicorées (toutes espèces), légumes-bulbes, légumes-feuilles, légumineuses.

minéralisés de sols et de plantes a été lavé avec une solution HNO3 à 10^%.

Afin de contrôler la précision de nos résul- tats, des échantillons standard de plantes ont également été minéralisés.

Résultats

Teneurs en métaux dans le sol Une densité élevée de prélèvements des terres pour chaque parcelle a été prévue en raison de la proximité de la source polluante, notamment à Dornach. Les résultats ont montré cependant que les variations les plus importantes se trou- vaient sur des parcelles éloignées de tou- tes sources polluantes. A La Chaux-de- Fonds, par exemple, l'agriculteur nous a indiqué que la parcelle examinée avait reçu par le passé des boues provenant de fosses septiques. Les variations de teneur en plomb (extrait HNO3) (fi g. 3) montrent que les amendements ont été apportés vraisemblablement surtout sur les rangs 1 à 5. Dans cette région, une étude a montré l'origine anthropique commune de Pb et Cu (ATTEIA et al., 1994). La corrélation entre les teneurs en «élément total» en ces deux métaux à La Chaux-de-Fonds est hautement significative (R = 0,93), indiquant bien une origine commune.

Sur les terrains acides, des variations plus importantes ont été observées avec les métaux extraits au NaNO.3, notam- ment à Reconvilier (fig. 4). Le pH est un facteur important de mobilité des métaux dans le sol (HORNBURG et BRÜM-

MER, 1989). Nos résultats ont montré qu'il fluctuait fortement sur de courtes distances à Reconvilier (5,5-7,0) et que ses variations étaient responsables de la fluctuation de la disponibilité des métaux.

Teneurs en métaux dans les plantes

Les teneurs en métaux dans les plantes destinées à l'alimentation humaine sont données en mg/kg de matière fraîche (mg/kg MF). Les teneurs moyennes en eau suivantes ont été prises en compte:

céréales 15%, laitues 95%, pommes de terre 80%, petits pois 80%, autres plan- tes 90%. Les teneurs dans les fourrages sont données en mg/kg de matière sèche (mg/kg MS).

Nous avons utilisé les valeurs de l'or- donnance sur les substances étrangères et les composants (OSEC, 1995), pour l'interprétation de nos résultats (tabl. 2).

Le degré de signification des différen- ces mesurées est indiqué par la lettre P:

l'indication P = 5% correspond à une différence assurée avec une probabilité d'erreur inférieure à 5% et P = 1 % à une probabilité d'erreur inférieure à 1 %.

Pb [rng/kg]

80

70111 60~~

50~

40, - - v

C

30 1 _ >s

12 11 70 9 8 7 6 5 A 4 3 2 1

Fig. 3. Fluctuation des teneurs en Pb sur la parcelle de La Chaux-de-Fonds (extraits à HNO3 2 M). Les coordonnées A-D et 1-12 délimitent les 48 placettes.

Bettes limbe Dent-de-lion Bettes nervure Laitues Seïgle Triticale Carottes Pomme de terre Orge Poireaux Oignons Petits pois Dactyle Trèfle blanc Haricots

16

Cd [mgikg] MF 0.00 0. 0 5 0.10 0.15 0.2 0 0.2 5 0.3 0

Fig. 5. Teneurs en Cd dans les plantes de La Chaux-de-Fonds.

Blé -

Bettes (limbe) Dent-de-lion Orge Bettes (nervure)

lE

^.

Quel que soit le site, ce sont les mêmes plantes qui présentent les plus fortes te- neurs. Sur les deux parcelles polluées par le Cd, on voit que les céréales, les lai- tues, les dents-de-lion et les bettes à co- tes emmagasinent fortement le Cd, alors que les légumineuses, et plus spéciale- ment le trèfle blanc et les haricots, sont de faibles accumulateurs (fig. 5 et 6).

On précisera que les termes «fort» ou

«faible» accumulateur se rapportent uniquement à nos résultats et ne doi- vent pas étre considérés de manière gé- nérale. Nous évaluons le blé ici comme un fort accumulateur, mais si nous le comparons à d'autres plantes, comme certains champignons par exemple, il doit étre considéré comme un faible ac- cumulateur. Dans une étude sur Lvco- perdon perlatun7, QUINCHE (l 990) trou- ve que ce champignon peut accumuler jusqu'à plusieurs dizaines de ppm de Cd dans la matière fraîche.

A La Chaux-de-Fonds (fig. 5), le limbe des bettes à côtes retient en moyenne cent fois plus de Cd que les haricots (P = 1 %). La valeur de tolérance de l'OSEC (tabl. 2) est dépassée dans les carottes, le triticale, le seigle, les laitues, les bettes à côtes (limbe et nervure) et les dents-de-lion. A Dornach (fig. 6), on observe des dépassements dans le blé, le limbe des bettes à côtes et les dents-de-lion.

Les résultats de Reconvilier indiquent que le triticale, croisement du blé et du seigle, se rapproche du seigle quant à son accumulation en Cd.

Généralement, l'ordre d'accumulation

Oignons Petits pois Pomme de terre Trèfle blanc Haricots

de Cd dans les genres de céréales est le suivant (HERms et TENT, 1982): avoine

> blé » orge > seigle. Cet ordre se re- trouve dans chacune de nos parcelles, excepté à La Chaux-de-Fonds. Sur cette parcelle, le seigle, cultivé à la place du blé à cause de l'altitude, contient plus de cadmium que l' orge.

Le choix du genre revêt une grande im- portance lorsque des céréales sont cul- tivées sur un terrain pollué par Cd. Sur les parcelles de Dornach et de Reconvi- lier, le blé a accumulé environ trois fois

plus de cadmium que l'orge (P = 1%) et quatre fois et demi plus de cadmium que le seigle (P = 1 %). Deux répéti- tions avec la variété de blé Arina à Dornach dépassaient la valeur limite de l' OSEC (0,3 mg/kg MF). L' accumula- tion préférentielle de Cd dans le blé par rapport aux autres céréales tend à dimi- nues- dans des terrains moins pollués.

Sur aucune des parcelles étudiées, les te- neurs dans les fourrages ne présentaient un risque de toxicité pour l' animal, selon la valeur limite (30 mg /kg MS) proposée par KEssLER (1993).

ivre

Les teneurs les plus élevées en Cu ont é^Il té mesurées à Dornach: dans les lim- bes des bettes à côtes pour les légumes (3,1 ± 0,9 mg/kg MF) et dans les grains de blé de printemps pour les céréales (10,3 ± 1,3 mg/kg MF). Un homme de 70 kg devrait consommer par jour 8,8 à 17,5 kg de ces limbes, ou 3 à 3,8 kg de ce blé pour atteindre le maximum toléré par le comité de la FAO (0,5 mg/jour x kg de poids corporel) (ZIMMERLi et cil., 1994). Les teneurs rencontrées dans cette étude n'ont donc pas de significa- tion pour la santé humaine.

Les teneurs en Cu dans les fourrages peuvent présenter des risques pour les moutons pour lesquels la valeur limite tolérée est particulièrement basse (10-25 mg/kg MS) KEssLER, ( 1993). La teneur maximale en Cu dans les fourrages a été observée dans le dactyle de Dornach (22,3 ± 5,6 mg/kg MS).

Seigle Laitues Dactyle Carottes

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

Fig. 6. Teneurs en Cd dans les plantes de Dornach.

1

- ,

lie

_ _ ~.~►

t

~~ ~ ~

Dornach Prangins Reconvilier

Fig. 7. Effets des différentes teneurs en cuivre sur la croissance du trèfle blanc.

Des problèmes de phytotoxicité peuvent être posés par le cuivre (QUINCHE, 1985;

LEPP et DICKINSON, 1994). A Prangins, les rendements des céréales étaient si- gnificativement plus bas (P = 117c) que ceux des autres parcelles. Toutefois, la parcelle de Dornach présentait égale- ment de fortes teneurs en Cu sans qu'aucun signe de phytotoxicité n'ap- parût. Afin d'exclure d'autres causes éventuelles de phytotoxicité (climat, ir- rigation, etc.), nous avons conduit des essais en vases de végétation avec les terres de Dornach, de Prangins et de Reconvilier. Du trèfle blanc et du dac- tyle (donc les mêmes espèces que lors des essais au champ) ont été cultivés durant 60 jours. La croissance de ces plantes a été particulièrement inhibée avec la terre de Prangins (fig. 7). Les plantes poussant dans la terre de Dor- nach présentent les signes d' une légère phytotoxicité, alors qu'en plein champ les plantes ont poussé normalement:

dans ce dernier cas, les racines des plantes, en progressant dans le sol, en- trent en contact avec des horizons moins pollués, alors que, dans les vases de végétation, elles rencontrent toujours la même terre, subissant de ce fait de façon plus accentuée les effets dus au cuivre.

lffi

__

a

Les légumineuses sont connues pour leur fort pouvoir accumulateur vis-à-vis du Ni (LINDT et al., 1990). Sur toutes les parcelles, les haricots présentaient les teneurs les plus élevées en Ni (P = 1 %).

Le maximum provient des haricots de Collex-Bossy (1,45 ± 0,16 mg/kg MF).

En admettant qu'une ingestion de Ni ne dépassant pas 100 mg/jour ne pro- duit chez l'homme aucun effet toxico- logique sérieux (ZIMMERLI et al., 1987),

il faudrait manger plus de 70 kg par jour de haricots de Collex-Bossy pour encourir un risque.

La valeur maximale en Ni dans les fourrages a été mesurée dans le dactyle de Collex-Bossy (5,7 ± 1,8 mg/kg MS).

D' après la valeur limite de Ni admise pour les fourrages (250 mg/kg MS) (HAPKE, 1983), on voit qu'il n'existe aucun risque pour le bétail.

Aucun signe de phytotoxicité n'a été ob- servé sur la parcelle de Collex-Bossy.

La proportion de Pb disponible pour la plante dans le sol n'est pas très élevée (ALLOWAY, 1995). Les teneurs moyen- nes en Pb mesurées dans nos plantes sont nettement inférieures à la valeur de tolérance de l'OSEC (tabl. 2). Cet élément n'a d'ailleurs pas pu être dosé dans les extraits NaNO3 (tabl. 1). Nous avons uniquement retrouvé des teneurs anormalement élevées dans certaines laitues pommées de Reconvilier et de La Chaux-de-Fonds. On a observé de très importantes différences de teneurs entre des plantes de laitue adjacentes.

A Reconvilier, la concentration en Pb dans une laitue pommée pouvait être jusqu'à 250 fois supérieure à celle d'une laitue poussant à côté d'elle. De plus, l'analyse des feuilles en fonction de leur âge (feuilles internes, feuilles moyennes, feuilles externes) a montré que Pb, dans une plante ayant accumu- lé fortement cet élément, n'était pas re- parti de façon homogène. A Reconvi- lier, les feuilles moyennes de la laitue contenaient 60 fois plus de plomb que ses feuilles externes, et 180 fois plus que ses feuilles internes. Lors de la deuxième période de végétation, des laitues pommées ont à nouveau été cul- tivées à Reconvilier, en étant mises en

place plus tard dans la saison (fin mai au lieu de fin avril). Aucune accumula- tion anormale n'a alors été enregistrée.

La teneur maximale en Pb a été trouvée dans des laitues pommées provenant de Reconvilier (5,4 mg/kg MF). Cette te- neur est 27 fois supérieure à la valeur de tolérance de l' OSEC. A La Chaux- de-Fonds, une seule laitue pommée présentait une teneur anormalement élevée (1,9 mg/kg MF). La majorité des autres laitues pommées de ces deux parcelles avaient des teneurs en Pb comparables aux laitues des autres par- celles. Dans une étude portant sur des plantes provenant de jardins potagers urbains, AFFOLTER et BORER (1997) si- gnalent également des teneurs sporadi- ques en Pb anormalement élevées dans les laitues pommées.

A part le cas des laitues pommées, les teneurs en Pb ne présentaient pas de risque pour l'homme, l'animal ou la plante.

'nc

A La Chaux-de-Fonds, à Dornach et à Reconvilier, les teneurs maximales en Zn ont été trouvées dans les limbes des bettes à côtes. La teneur moyenne maxi- male a été trouvée à Reconvilier (44 ± 36 mg/kg MF). En raison des fortes variations du pH sur cette parcelle, les différences entre les quatre répétitions étaient importantes, occasionnant de grands écarts types.

Ces trois parcelles avaient les teneurs en Zn les plus élevées dans l'extrait NaNO; (tabl. 1). A Prangins et à Collex- Bossy, Zn n'a pas pu être détecté dans les extraits NaNO,. Sur ces deux parcel- les, les teneurs en Zn dans les limbes des bettes à côtes sont comparables à celles des autres plantes. La sensibilité des bettes à côtes envers Zn ne s'expri- me pas quand la disponibilité de cet élé- ment n'est pas importante dans le sol.

Pour l'homme, l'apport maximal en Zn toléré par le comité de la FAO est de 1 mg/jour x kg de poids corporel) (ZIMMERLI et al., 1994). Une personne de 70 kg devrait donc manger de 0,9 à 8,7 kg de limbes de bettes à côtes de Reconvilier pour atteindre la quantité maximale de Zn tolérée.

La valeur maximale en Zn dans les four- rages a été enregistrée dans le dactyle provenant de Dornach (127 ± 14 ma/kg MS). En fonction des valeurs limites proposées par KESSLER (1993) et expri- mées en mg/kg MS: vaches laitières (250-500); moutons ( 300); porcs (l 000), les teneurs en Zn dans les fourrages ne présentent pas de danger pour l'animal.

Aucune phytotoxicité due à Zn n'a été constatée.

0.30 -Cd [mg/kg MF]

0.25- 0.20 - 0.15 0.10

0.05 3 3 3 3 4 4 4

0.00

A8 B6 C10 D3 A9 B1 C6 D11

Fig. 8. Teneurs en Cd des huit répétitions de blé Albis à Dornach Fig. 9. Teneurs en Cd des huit répétitions de blé Albis à Reconvilier (1993 et 1994), avec les coordonnées de la placette en abscisse. (1993 et 1994), avec les coordonnées de la placette en abscisse.

Discussion

Hétérogénéité des sols

La forte variation de la disponibilité des métaux sur la parcelle de Reconvilier (fig. 4), due à la fluctuation du pH, peut poser des problèmes lorsqu'il s'agit d évaluer le risque que représente la culture d'une plante sur un site pollué.

A Dornach, site dont la terre a un pH alcalin, la variation est moindre.

Sur ces deux sites, le blé Albis a été cul- tivé durant les deux périodes de végéta- tion, en fonction de la rotation des cul- tures, et a fourni huit résultats (2 années x 4 répétitions) par site. La figure 8 indi- que que le mode d' échantillonnage du blé à Dornach n'aura pas d'influence sur le résultat fourni par l'analyse. La figure 9 par contre révèle qu'à Recon- vilier, le mode d'échantillonnage est très important: deux échantillons préle- vés à quelques mètres d'intervalle l'un de l'autre peuvent présenter des teneurs en métaux très différentes. L'exemple de Reconvilier montre la complexité de l'étude au champ, par rapport à l'essai en vases, où les conditions d'homogé- néité sont généralement satisfaites.

Accumulation du Cd par les graminées, indépendamment du pH

Bien que le dépassement en Cd total (extrait HNO3) soit le plus important à Dornach, le Cd est le plus disponible à La Chaux-de-Fonds (extrait NaNO3), en raison d'un pH acide (tabl. 1). Les teneurs en Cd dans les légumes pous- sant sur ces deux sites (fig. 5 et 6) con- firment cette différence de disponibilité:

les légumes de La Chaux-de-Fonds ac- cumulent plus de Cd (P = 1 %). Cette relation est la même pour toutes les plantes ayant poussé sur les deux par-

celles, excepté les graminées. L' orge de printemps et le dactyle ont accumulé plus de Cd à Dornach. Cette famille de plantes semble retenir le Cd en fonc- tion de sa teneur totale dans le sol. LA- GERWERF et al. (1971) signalent égale- ment que les graminées accumulent le Cd indépendamment du pH du sol.

On peut penser qu'en raison d'un pH élevé, l'utilisation du sol de Dornach ne présente pas de risque pour la santé humaine, en rapport avec Cd notam- ment (Amt für Umwelt Schutz und Energie des Kantons Basel-Landschaft, 1993; GEIGER et SCHULIN, 1995). Nos résultats montrent que ce raisonnement ne peut pas être appliqué à toutes les plantes et qu'avec les graminées, un risque important de passage de Cd dans l'alimentation humaine existe.

Phytotoxicite du cuivre

Les essais au champ ont montré que la parcelle de Prangins était la seule à pré- senter des rendements de céréales très bas. Cette diminution provient vraisem- blablement des teneurs élevées en Cu de cette parcelle (tabl. 1). A Dornach, la teneur totale en Cu est en moyenne 1,5 fois plus élevée qu'à Prangins, mais, dans les essais au champ à Dor- nach, les plantes n'ont montré aucun signe de phytotoxicité.

Les métaux sont immobilisés par la matière organique du sol dans l'ordre Cu>Cd>Zn>Pb (BRÜMMER et HERMS, 1983). LEXMOND (1980) a cultivé du maïs en vases de végétation, dans les- quels du Cu sous forme de sulfate a été ajouté en concentrations progressives.

Il constate une diminution des effets phytotoxiques du cuivre, lorsque la te- neur en matière organique du sol aug- mente. La parcelle de Dornach contenait environ deux fois plus de matière orga- nique que celle de Prangins. En fonction

des remarques qui précèdent, on peut conclure que l'absence de phytotoxicité constatée à Dornach est due à une plus grande quantité de matière organique, qui a pour effet de permettre une com- plexation plus importante du cuivre.

La concentration de Cu dans la solution du sol peut diminuer par complexation argilo-humique ou par la formation de complexes insolubles avec les acides humiques. Lorsque Cu est présent en excès, la complexation peut diminuer la concentration du ion Cu++, et ainsi sa toxicité (STEVENSON et FITCH, 1981).

Conclusions

• A partir d'un concept élaboré par VOLLMER et GUPTA (1995), un projet de révision de l'Osol est en cours, qui propose l'introduction de deux nouvelles valeurs pour les teneurs en métaux dans le sol: une valeur d'assainissement et un seuil d'inves- tigation. Au-delà de la valeur d'as- sainissement, il existe un risque avéré et l'utilisation du sol est inter- dite. Au-delà du seuil d'investiga- tion, il existe un risque potentiel et l'utilisation d'un sol est restreinte, de manière à éliminer le risque.

• Pour Cd, les seuils d'investigation sont de 2 mg/kg pour la teneur totale (extrait HNO3) et 0,02 mg/kg pour la teneur soluble (extrait NaNO3).

Ces valeurs ont été fixées de manière à ne pas dépasser dans les plantes une teneur en Cd deux fois supérieure à la valeur tolérée dans l' OSEC (tabl. 2).

• Nos résultats montrent que, pour le blé notamment, la limite de 0,2 est dépassée dans la plante, pour des sols dont les teneurs en Cd dans les extraits totaux et solubles sont nette- ment inférieurs aux seuils d'investi- gation.

HORNBURG V., BRÜ1111ER G., 1989. Untersuchun- OFEFP. 1996. Sols pollués - métaux lourds et gen zur Mobilitât und Verfügbarkeit von plantes bioindicatrices. Documents environne- Schwermetallen in Boden. Mitteilgii. Dtsch. ment N,, 58, Sol, Office fédéral de l'environne- Bodenkuendl. Gesellsch. 59/II, 727-732. ment, des forêts et du paysage. Berne, 245 p.

• Etant donné l'importance du blé dans notre alimentation, un abaissement de sa teneur moyenne en Cd aurait de grandes répercussions sur la quantité de ce métal ingérée par la popula- tion (OFEFP, 1996).

• En fonction des résultats obtenus dans notre étude, il serait prudent de ne pas appliquer le même seuil d'in- vestigation à toutes les plantes et d'appliquer dans un premier temps un seuil plus bas pour le blé.

Remerciements

Ce travail a été financé par l'Office fé- déral de l'environnement des forêts et du paysage. Je tiens à remercier MM.

J.-A. Neyroud, V. Pont et J.-P. Quin- che, pour leur précieux encadrement.

Bibliographie

AFFOLTER R., BORER F., 1997. Blei in stddtischen Hausgürten. Bulletin de la Société _surisse de pédologie 21, 85-88.

ALLowAY B. J., 1995. Heavy metals in soils. Ed.

Blackie Academic & Professional, 2nd edi- tion.

Ai-nt für Urnwelt Schutz und Energie des Kantons Basel-Landschaft, 1993. Einsatz von metall- akumulierenden Pflanzen zur in situe-Dekonta- mination entsprechend belasteter Boden, 22 p.

ANONYME, 1993. Kantonaler Vollzug der Lebens- rnittelgesetzgebung. Mitt. Gebiete Lebensrn.

ffi,g. 84,432-433.

A-ITEiA O., DUBOIS J.-P.. WEBSTER R.. 1994. Geo- statistical analysis of soil contamination in the swiss Jura. Envilonmental Pollution 86, 315-327.

BRUMMER G., HERMMS U., 1983. Influence of soil reaction and organic matter on the solubility of heavy metals in soils. In: Effects of Accu- mulation of Air Pollutants in Forest Ecosys- tems, Ulrich, B. and Pankrath, J. (eds), Copy- right by D. Reidel Publishing Company, 233- x43.

CÉLARDIN F., CHATENOI'x L., 1990. Répartition en profondeur des métaux lourds dans les sols genevois. Archives clos sciences, Genève, 43 (2), 265-272.

CÉLARDIN F., CHATENOUx L., MEYLAN G., 1992.

Réseau genevois d'observation du sol (GEOS).

Ai-chives des sciences, Genève, 45 (2). 171- 187.

CÉLARDIN F., BÂNNINGER M., 1994. Approche mé- thodologique pour la définition de l'origine du cadmium dans les sols de Genève. Ar- chives des sciences, Genève, 47 (2). 195-206.

COULLERY R. 1997. Comportement de métaux lourds en agrosystèmes tempérés à faible taux de pollution métallique. Thèse NI, 1634, EPFL, CH-1015 Lausanne, 137 p.

FAC, 1989. Méthodes pour l'analyse des sols.

Les Cahiers de la fAC 5, IUL, 3097 Liebe- feld Berne.

GEIGER G., SCHUI.IN R., 1995. Risikoanalyse, Sa- nierungs- und Überwachungsvorschlâae für das schwermetall-belastete Gebiet von Dor- nach. Institut für terrestrische 0kologie, ETH-Zürich Fachbereich Bodenschutz, CH- 8952 Schlieren, 79 p.

HAPKE H.-J., 1983. III. Gesundheitliche Gefâhr•- dung, Chemische Ver-unreinigungerl in Le- bensmitteln tierischer Herkunft als Folge der Klârschlammanwendung. Schwei~:. Aich. Tier- heilk. 125, 685-693.

HERMS von U., TENT L., 1982. Cadmium-Gehalte in Spülfeldern aus Hafenschlick und in darauf angebauten Kulturpflanzen - eine Felderhe- bungsuntersuchung. Landtit•. Fco%sc•Ituci,r,> 39, 448-456.

KESSLER J., 1993. Schwermetalle in der Tierpro- duktion. Lcund►l irtsc huft Sc•li►t•ei;. 6 (5). 273- 277.

LAGERwERF J. V., BiERSDORF G. T., 1971. Interac- tion of zinc with uptake and translocation of cadmium in radish. In: Trace Subst. Environ.

Health-5, Proc. Univ. Mo. Annu. Conf., 5th, 515-_522.

LEPP N. W., DICKINSON N. M., 1994. Fungicide- derived Copper in Tropical Plantation Crops.

In: Toxic Metals in Soil-Plant Systems, edited by Ross S. M., John Wiley & Sons Ltd.

LExMOND Th. M.. 1980. The effect of soil pH on copper toxicity to forage maize Brown under field conditions. Neth. J. agi ic•. Sci. 28, 164- 183.

LiNDT T. J., FÜHRER J., STADELMANN F. X., 1990.

Critères permettant de juger quelques teneurs en polluants des plantes vivrières et fourragè- res. Les Cahiers de la FAC 8, FAC Liebefeld, CH-3097 Berne.

LPE, loi fédérale sur la protection de l'environne- ment du 7 octobre 1983 (état au 1e' juin 1996).

Version remaniée de la loi sur la protection de l'environnement du 7 octobre 1983. conte- nant les modifications du 21 décembre 1995.

Association pour le droit de l'environnement (ADE), CP, 8026 Zurich.

Message LPEr, . 1993. Message relatif à une révision de la loi fédérale sur la protection de l'environnement. 93.053. 7 Juin 1993.

OFEFP, 1993. NABO: Réseau national d'obser- vation des sols. Période d'observation 1985- 1991. Cahie% (le l 'Envii-onnement 200, CH- 3005 Berne.

OSEC, ordonnance sur les substances étrangères et les composants du 26 juin 1995, Conseil fédéral, RS 817.021.23.

OSOL, ordonnance sur les polluants du sol du 9 juin 1986, Conseil fédéral, RS 814.12.

QUINCHE J.-P., 1985. Teneurs en cuivre, zinc, plomb, cadmium et mercure des Sols de quel- ques vignes de la Suisse romande et du Tes- sin. Keiwe suisse Vitic•. Arboric. Hoaic. 17 (6), 341-344.

QUINCtIE J.-P., 1990. L•,(-ope%(loti perlatcum, un champignon accumulateur de métaux lourds et de sélénium. Mycologia Hely. 3 (4), 477-488.

STEVENSON F. J.. FITCH A., 1981. Reactions with organic matter. In: Copper in soils and plants.

Loneragan J. F., Robson A. D. and Graham R. D., Academic Press, Australia.

VOLLMER M. K., GL'PTA S. K., 1995. Konzept zur Risikobeurteilung bei schadstoffbelasteten Boden in dei- Schweiz, Allgemeines Vorgehen und Fallbeispiel Cadmium. FAC, CH-3097 Liebefeld-Bern.

WINISTORFER D., WIRz E., 1987. Bericht über Metall`_ehalt in Boden- und Vegetationsproben aus dem Raum Dornach. Kantonales Labor Solothurn, 49 p.

ZIMMERLI B., CANDRIAN U., SCHLATTER Ch., 1987.

Vorkommen und toxikologische Bedeutung von Nickel in der Nahrung. Mitt. Gebiete Le- bensnr. Hyg. 78, 344-396.

ZIMMERLI B., TOBLER L., BAJO S.. Wti"I-FENBACH A., SIIBER R., 1994. Untersuchungen von Tagesrationen aus schweizerischen Verpfle- gungsbetrieben. Mitt. Gebiete Lebensm. Hvg.

85, 245-286.

Zusammenfassung

Bewirtschaftung von Bôden, die mit Schwermetallen schwach belastet sind Verschiedene Kulturpflanzen wurden auf einige durch Schwermetalle müssig belastete Bôden angebaut, um das Risiko einer Metallaufnahme durch den Menschen, die Titre, oder die Pflanzen abzuschützen.

Cadmium wird vom Weizen stark aufgenommen, sogar auf alkalischem Boden. Vor Weizenanbau ist deshalb schon bei schwacher Belastung abzuraten. Auch Blattgemüse erweisen sich bei sauren belasteten Bôden als ungeeignet.

Blei wird nur mâssig in die Pflanze überführt. Eine Ausnahme bildet jedoch Kopfsalat, der das Metall scheinbar zufàllig akkumuliert: so zeigten benachbarte Pflanzen sehr unterschiedliche Gehalte, welche bis zu einem Faktor von 250 variierten.

Getreide reagierte in einem alten mit Kupfer belasteten Rebberg mit Phytotoxizitüt.

Ein anderer belasteter Standort zeigte jedoch dank des hohen Humusgehaltes keine phytotoxische Wirkung.

Keine bedeutenden Effekte wurden an nickel- und zinkbelasteten Standorten beo- bachtet.

Summary

Management of soils weakly polluted by heavy metals

Several field crops have been cultivated on heavy metal polluted soils, in order to evaluate the risks they can imply for man, animals or plants. Wheat proved able to accumulate Cd strongly, even on alkaline soil. It thus implies a risk for man, even on a weakly polluted site. Cultivation of leaf vegetables on acid Cd polluted soil can also imply a risk for man.

The amount of Pb in plants was very low, except in some cabbage lettuces, which accumulated Pb in a totally unpredictable way. A plant could contain as much as 250 times more Pb than its neighbour.

Phytotoxicity problems have appeared on cereals in a Cu polluted former vineyard. On another Cu richer site, no problem arose. This absence of phytotoxicity was due to a higher amount of organic matter.

No problem was noted with Ni or Zn polluted soils.