Evaluation environnementale des sols urbains et matériaux recyclés

Enjeux

Souvent considérés comme matériau inerte lorsqu’ils sont le support de bâtiments ou pouvant prendre le statut de « déchet » en cas de pollution, les sols urbains sont des écosystèmes à part entière qui assurent de nombreuses fonctions: support de plantation dans les espaces verts, fonction alimentaire pour soutenir le développement de l’agriculture et du jardinage urbains, stockage des eaux pluviales et de carbone, filtre de la pollution lors de la mise en œuvre de solutions de gestion alternatives des eaux de pluie, support du bâti, des infrastructures de loisirs, de la mobilité (automobile et plus douce)…

Lorsque le sol ne possède pas les propriétés requises pour assurer ces fonctions, la solution classique est d’utiliser des granulats naturels et des terres agricoles rapportées mais cette façon de faire n’est plus durable et des propositions de construction de sols à partir de matériaux recyclés voient le jour. Cependant, les nouveaux usages des sols en place et les sols construits soulèvent des questions inédites : les sols ont-ils la qualité requise pour assurer une production alimentaire suffisante et saine ? Quels matériaux de substitution à la terre végétale pour aménager des espaces verts ? Les techniques d’infiltration des eaux urbaines ou l’utilisation d’eaux usées traitées pour l’arrosage ou le lavage des espaces publics ne vont-elles pas conduire à une dégradation de la qualité des sols et des eaux souterraines ?...

Les réponses à ces questions nécessitent d’évaluer la qualité des sols et des matériaux en lien avec leurs propriétés physiques et chimiques et leurs fonctions actuelles et attendues  mais aussi d’étudier comment préserver l’état des sols afin d’assurer la durabilité des services qu’ils nous rendent.

Objectifs scientifiques

Les objectifs scientifiques de ce thème de recherche portent sur les points suivants:

Diagnostic de la qualité des sols et matériaux recyclés

►Caractérisation de l’hétérogénéité chimique in-situ et au laboratoire : semi-quantification des éléments chimiques par spectroscopie de fluorescence X portable, analyses des majeurs, traces et ultratraces (ICP-OES, ICP-MS), granulochimie, cartographie des contaminations

Focus actuels :

-          platinoïdes (platine, palladium, rhodium) à l’émission et dans le système eau-sol-plante

-          détection et analyse directe et rapide du mercure dans l’environnement urbain

►Caractérisation physique et hydrodynamique : mesure in-situ et au laboratoire de la capacité d’infiltration, détermination des paramètres hydrodynamiques par modélisation

Réactivité des phases solides et interactions avec les polluants

►Caractérisation des phases solides constitutives des sols et matériaux et des phases porteuses de polluants par observation microscopique et micro-analyses (microfluorescence X, MEB-sonde EDX, DRX, MET) (accord de collaboration avec l’IMN Nantes)

►Evaluation de la mobilité des polluants : extractions sélectives et séquentielles, expériences de lixiviation en batch et en colonne, microanalyse des polluants sous forme particulaire (colloïdes)

Focus : Plateforme d’observation et de microanalyses des sols et matériaux

Transferts d’eau et de polluants

►Modalités de circulation de l’eau dans les milieux poreux hétérogènes : traçages non réactifs sur modèles physiques (colonne de laboratoire macroporée, pilote, ouvrage), suivi des flux d’eau en colonne par résonance magnétique nucléaire (IRM) (collaboration Navier Marne la Vallée)

►Processus de transfert de la pollution urbaine dans les sols : expérimentation en conditions dynamiques (colonne de laboratoire (milieu modèle et sol réel), suivi des transferts au sein d’ouvrages d’infiltration), mobilisation des polluants sous forme particulaire (colloïdes) (ultrafiltration, granulométrie)

►Modélisation numérique (discrète, continue) du transfert d’eau et du transfert réactif (solutés) à l’aide de codes existants (Hydrus, Phreeqc) ou développé en interne (échelle de travail de la taille des pores)