INTRODUCTION

La remise en état et l’assainissement des sols sont des composantes du processus de réhabilitation des terres après la perturbation des écosystèmes et des sites. Ces processus sont essentiels au succès global de la réhabilitation des terres et reposent sur le principe selon lequel nous pouvons manipuler et accélérer les processus de développement du sol en modifiant ses propriétés spécifiques.

La réhabilitation des terres est le processus de conversion des terres perturbées ou endommagées à leurs anciennes utilisations ou à d’autres utilisations productives. La remise en état englobe toutes les composantes perturbées d’un écosystème, y compris, mais sans s’y limiter, les sols, l’hydrologie, la flore et la faune.

La restauration écologique est le processus d’aide au rétablissement et à la gestion de l’intégrité écologique d’un site; l’intégrité écologique comprend une plage critique de variabilité de la biodiversité, des processus et structures écologiques, du contexte régional et historique et des pratiques culturales durables (Gann et al., 2019).

L’assainissement est le processus d’amélioration d’un site contaminé pour prévenir, minimiser ou atténuer les dommages causés à la santé humaine et/ou à l’environnement. La contamination peut être présente dans l’air, les sols, les eaux de surface et/ou les eaux souterraines. L’assainissement des sols fait référence à un large éventail de stratégies qui éliminent, détruisent, contiennent, transforment ou réduisent la disponibilité des contaminants du sol afin de protéger les humains et ‘autres compartiments de l’environnement. Ces stratégies peuvent être menées in situ ou ex situ.

La revégétalisation est le processus consistant à doter une terre stérile ou dénudée d’une couverture végétale qui remplace ou tente de reproduire la couverture du sol d’avant la perturbation. La revégétalisation peut faire partie de la stratégie de réhabilitation d’un site visant à remettre en état ou à assainir les sols.

La remise en état ou réhabilitation des terres est le terme générique, la restauration écologique étant un type spécifique de remise en état. L’assainissement et la revégétalisation sont des composantes spécifiques du processus global.

La remise en état et l’assainissement sont généralement associés à des critères élaborés au sein de diverses juridictions. Dans de nombreuses juridictions, la remise en état est exigée par les organismes de réglementation. Normalement, ces exigences consistent à redonner au territoire une capacité équivalente.

PERTURBATIONS NÉCESSITANT LA REMISE EN ÉTAT DES TERRES

Le terme de perturbation fait référence à la variation de certains facteurs écosystémiques au-delà de sa fenêtre normale de variation, entraînant un changement de l’écosystème. Un changement dans un système qui impacte sa capacité à maintenir une large gamme de tolérances pour la vie est appelé dégradation. La destruction fait référence à la dégradation complète d’un système à un degré tel qu’il devrait être reconstruit pour être utile, ce qui inclut le développement d’un autre écosystème en remplacement de l’écosystème initial.

Des perturbations peuvent survenir dans le paysage à la suite d’activités humaines, telles que l’exploitation minière, l’agriculture et la construction de villes, de villages, de routes, de pipelines et de lignes de transport et d’électricité. L’exploitation minière à ciel ouvert perturbe généralement davantage le paysage que l’exploitation minière souterraine. Des perturbations peuvent également résulter d’événements naturels tels que des inondations, des incendies, des ouragans et des glissements de terrain. L’intensité et les propriétés de la perturbation détermineront si la terre est dégradée et si une intervention humaine est nécessaire pour améliorer la perturbation.

Les perturbations du sol en modifient les propriétés physiques, chimiques et/ou biologiques. Par exemple, le pH du sol peut être élevé ou bas par rapport à celui toléré par les plantes, la faune du sol ou les micro-organismes. Les contaminants salins peuvent augmenter la conductivité électrique du sol. Un mélange physique des horizons peut se produire lorsque des tranchées ou des mines sont creusées, ce qui modifie la capacité de rétention de l’eau et des éléments nutritifs. L’utilisation d’équipement lourd peut compacter les sols, augmenter la densité apparente du sol et la résistance à la pénétration, et réduire les taux d’infiltration et de percolation. Bon nombre de ces changements peuvent avoir de graves répercussions sur l’enracinement des plantes et les fonctions de la communauté microbienne.

La remise en état des terres est devenue obligatoire pour les entreprises qui modifient le paysage dans le cadre de leurs opérations. De cette façon, la remise en état des terres est plus facile à réaliser et les impacts environnementaux de la perturbation sont réduits. La manipulation du sol est l’un des aspects les plus importants lors des perturbations associées à l’extraction des ressources naturelles, et peut être gérée.

Les perturbations associées aux opérations pétrolières et gazières, telles que les pipelines et les sites de puits, sont désormais soumises à des directives de construction strictes dans la plupart des juridictions. Par exemple, la récupération des sols est obligatoire et nécessite que les horizons de sol (couches) soient retirés et stockés séparément. Lors de l’installation du pipeline ou de la désaffectation du site du puits, les horizons du sol doivent être remplacés dans le bon ordre.

L’exploitation minière à ciel ouvert est considérée comme l’une des perturbations humaines les plus intensives sur un paysage en raison de l’étendue aérienne et de la taille de l’excavation. Bien que les sols ayant été décapés doivent être remplacés pour imiter l’état antérieur à la perturbation, il y a souvent une pénurie de sol en raison de la grande quantité de matériaux qui a été extraite du système. Les excavations sont si importantes qu’elles causent des perturbations majeures du régime hydrologique. Les excavations jusqu’à la couche contenant les roches et les minéraux d’intérêts, le charbon ou le bitume, créent de vastes volumes de stériles, de matériaux de sol non consolidés et/ou de matériaux résiduels. L’extraction de bitume (sables bitumineux) produit des morts-terrains et des bassins de résidus. Ces perturbations intenses nécessitent souvent la reconstruction du sol et la création de lacs pour compenser cette activité.

REMISE EN ÉTAT DES SOLS

La remise en état des sols fait partie du processus global de réhabilitation des terres et s’applique généralement après l’enlèvement des infrastructures, le reprofilage du site et l’assainissement des contaminants, et précédent la revégétalisation (Figure 16.1). Un concept important dans la remise en état des sols est l’utilisation finale des terres. Différents critères et processus de remise en état peuvent être suivis selon la façon dont le terrain sera utilisé après la remise en état. Par exemple, les exigences réglementaires sont plus strictes pour les terres agricoles et les terres habitables que pour les terres utilisées à des fins industrielles. Ces utilisations finales potentielles des terres peuvent être similaires à ce qui existait avant la perturbation ou peuvent nécessiter un changement complet de l’écosystème.

Remplacement des sols et Amendements

Lorsque le sol a été décapé, un horizon après l’autre, et que ces derniers aient été stockés pendant la durée de la perturbation, le sol est généralement replacé avec sa séquence d’horizons naturelle. Bien que le mélange d’horizons puisse être un problème, des techniques fines de replacement peuvent l’atténuer. Le problème le plus probable est le compactage du sol lorsque celui-ci est remplacé mais ceci peut être atténué par des opérations de travail du sol. De nombreux dommages aux sols peuvent être réduits en faisant en sorte que les activités de construction se déroulent dans des conditions gelées ou sèches. La qualité du sol ne peut être conservée que si les sols sont stockés pendant de courtes périodes.

Si les propriétés chimiques du sol ne répondent pas aux exigences d’utilisation finale des terres, des amendements peuvent être utilisés pour amener les sols à un niveau approprié. Un problème courant dans la remise en état des sols est le manque de matière organique et les impacts sur ses propriétés associées. Cela peut être résolu en ajoutant un amendement organique tel que du fumier animal ou de la paille provenant d’une exploitation agricole locale, ou de matériau de sol forestier (LFH) provenant d’une zone ayant été déboisée ce que l’on peut appeler banc d’emprunt. Un autre problème courant est le manque d’éléments nutritifs du sol nécessaires à la revégétalisation. Ces carences peuvent être traitées en ajoutant des engrais commerciaux composés des nutriments nécessaires tels que l’azote (N), le phosphore (P) et le potassium (K). La formule des engrais peut être ajustée pour répondre aux besoins spécifiques de la végétation du site de récupération.

Un processus courant et important pour l’environnement consiste à utiliser les des matières résiduelles fertilisantes (MRF) provenant du milieu industriel dans la remise en état des sols. Cela a l’avantage supplémentaire d’éliminer de nombreux matériaux des décharges où ils seraient autrement enfouis. Les eaux usées provenant des installations de traitement des déchets de la plupart des camps miniers constituent une bonne source de nutriments et de matière organique (Figure 16.2). Cependant, l’utilisation des eaux usées brutes suscite des inquiétudes en raison de la présence possible de sels, de métaux lourds et de micro-organismes pathogènes. Les biosolides municipaux sont largement utilisés comme amendements du sol. Ce sont des boues de station d’épuration des eaux qui ont été traitées pour réduire le risque pathogène. D’autres amendements peuvent être utilisés dans la remise en état des sols, y compris les sources de produits calciques, les biosolides de papetières, les boues industrielles, le biochar, la cendre de bois et les produits commerciaux. Chacun ayant des propriétés spécifiques qui peuvent être alignées avec les propriétés du sol qui doivent être améliorées, et chacun vient souvent avec des propriétés négatives qui nécessitent une calibration. Toutefois, en plus d’apporter de la matière organique, les MRF peuvent également être une source d’N et de P. De nombreuses juridictions ont des règlements ou des lignes directrices concernant l’amendement des sols avec des matières résiduelles et des sous-produits industriels.

La variabilité topographique des caractéristiques d’un paysage peut jouer un rôle important dans l’établissement des communautés végétales, tout comme l’échelle de ces caractéristiques. Ainsi, il faut favoriser la variabilité topographique (macro et micro) du paysage afin de notamment fournir des microsites pour les plantes et les micro-organismes et de réduire l’érosion éolienne des sites restaurés. Cela peut être fait par la mise en place d’éléments tels que des monticules, des sillons, des dépressions, des roches, des rochers, des substrats à texture grossière, des paillis et des fissures.

Construction du Sol

Lorsqu’il n’y a pas suffisamment de sol de remplacement ou à amender après une perturbation à grande échelle, le sol doit être construit. Ces sols construits par l’homme sont appelés Anthroposols (Naeth et al., 2012). Les anthroposols peuvent inclure des sols dont les couches (d’au moins 10 cm de profondeur) ont été enlevées ou modifiées par l’activité humaine, ou dans lesquelles des matériaux manufacturés ont été ajoutés au sol; l’activité humaine globale a modifié les facteurs de formation du sol et une nouvelle trajectoire pédogénétique peut avoir été initiée. Les anthroposols sont classés au niveau du grand groupe du fait de la composition matérielle des couches, en particulier de la teneur en carbone organique et de la présence d’artefacts anthropiques (matériaux fabriqués par l’homme tels que le plastique, le verre, les déchets, le béton).

La construction du sol nécessite plusieurs étapes. L’utilisation finale des terres pour la zone perturbée est évaluée et le sol approprié à cette fin est délimité. Pour construire un sol, il faut un substrat minéral, qui peut généralement être trouvé ou produit en grande quantité, et qui forme la masse principale d’un anthroposol. Des amendements peuvent être ajoutés en plus petites quantités pour améliorer les propriétés physiques, chimiques et/ou biologiques telles que la teneur en éléments nutritifs, la capacité d’infiltration ou la correction du pH du sol. La sélection des amendements et des substrats, ou de combinaisons appropriées, repose sur les propriétés physiques et chimiques, le coût et la disponibilité des matériaux. Les matériaux et les combinaisons de matériaux sont stratifiés de manière similaire aux horizons naturels du sol ou peuvent être incorporés dans le sol.

L’utilisation de matières résiduelles pour construire des anthroposols est de plus en plus courante, surtout lorsqu’une source locale fait défaut. Diverses matières sont produites à partir de différentes industries et d’activités humaines, y compris les minerais concassés et les stériles (dans l’exploitation minière), les boues de pâtes et papiers (dans la fabrication de papier) et la sciure et les copeaux de bois (dans l’usinage du bois) (Figure 16.3). Les biosolides municipaux et le compost peuvent provenir de sites urbains ou industriels, et le fumier de sources agricoles.

Les matières minérales sont très variables du fait des différences de pratiques industrielles (extraction, traitement) et de sources (matériau d’origine, localisation). Elles ont souvent une faible teneur en matière organique et en éléments nutritifs et une faible capacité de rétention de l’eau. Ils peuvent contenir de fortes teneurs en métaux et provoquer un drainage minier acide (roche riche en soufre).

De nombreuses propriétés chimiques, physiques et biologiques du sol doivent être prises en compte lors de la construction d’anthroposols car elles sont généralement des facteurs limitants, en particulier lors de l’utilisation de déchets. Par exemple, les stériles contenant de la pyrite peuvent causer des problèmes d’acidité, et les matériaux à texture grossière ont généralement une faible capacité de rétention des éléments nutritifs et de l’eau et ont tendance à être sujets à l’érosion. Ainsi, les amendements apportés au sol doivent être étroitement adaptés aux changements de propriétés nécessaire dans le sol à remettre en état, en veillant à ne pas ajouter d’autres contraintes.

Contrôle de l’Érosion

L’érosion est un problème sur la plupart des sites perturbés avant et pendant la remise en état du terrain, car le sol est nu et dépourvu de végétation, exposant la surface à l’érosion éolienne et hydrique. L’érosion peut être réduite sur les sites de remise en état en entourant le site, avec des amendements et divers matériaux tels que des couvertures anti-érosion et du paillis. De nombreuses techniques, appelées bio-ingénierie, incluent l’utilisation de matériel végétal avec des techniques telles que le tuteurage vivant (c’est-à-dire la plantation de boutures de bois vivant dans le sol). De nombreux produits de contrôle de l’érosion sont très efficaces, bien que certains puissent ajouter des coûts considérables au projet de remise en état.

ASSAINISSEMENT DES SOLS

Les sols peuvent être contaminés par différentes sources, généralement classées comme des sources ponctuelles ou diffuses (non ponctuelles). Les sources ponctuelles comprennent les réservoirs de stockage de carburant qui fuient, les déversements sur les sites industriels, les zones d’élimination des déchets et les zones d’enfouissement. Les sources diffuses comprennent les dépôts atmosphériques. Bien que les sols puissent être contaminés par des produits non chimiques, tels que des bactéries ou des virus nocifs, les contaminants chimiques sont souvent le principal problème.

Le Conseil canadien des ministres de l’environnement (CCME) définit les contaminants comme des substances chimiques dont la concentration dépasse les concentrations de fond ou qui ne sont pas naturellement présentes dans l’environnement (CCME, 1997). Les sols contaminés contiennent des substances chimiques à des concentrations considérées comme dangereuses par les organismes de réglementation. Le terme polluant est parfois utilisé et est défini comme un produit chimique ou une substance déplacée, ou présente à des concentrations supérieures à la normale, qui a des effets néfastes sur les organismes non ciblés (Pierzinski et al., 2005).

Les stratégies d’assainissement des sols impliquent l’élimination ou la destruction des contaminants, la réduction de leur mobilité ou leur transformation en des formes moins toxiques. L’objectif principal est de minimiser les risques pour les humains et les autres compartiments de l’environnement.

Contaminants communs du sol

La plupart des contaminants du sol peuvent être classifiés comme contaminants organiques et inorganiques. Les contaminants organiques comprennent les pesticides, les solvants organiques, les contaminants émergents et d’autres produits industriels (tableau 16.1). Les plus courants (en masse ou en volume) dans les sites contaminés au Canada sont les hydrocarbures pétroliers (HCP), y compris le pétrole brut et les produits raffinés comme les carburants et les huiles lubrifiantes. Les dioxines, les furannes et les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des composés organiques.

Table 16.1. Principaux contaminants du sol

Les contaminants inorganiques comprennent les métaux ou les sels, souvent sous forme d’anions ou de cations. Bien qu’ils puissent être bénéfiques pour les écosystèmes du sol à basses concentrations, ils peuvent présenter un risque pour les récepteurs humains ou non humains à des concentrations élevées. Par exemple, le cuivre, le molybdène, le cobalt et le zinc sont des micronutriments importants pour les plantes, mais sont des contaminants à des concentrations élevées. Les anions non métalliques tels que le chlorure peuvent s’accumuler dans les sols à la suite d’opérations de dégivrage ou de déversements de produits chimiques. À des concentrations élevées, ils peuvent augmenter la conductivité électrique du sol ou avoir des effets directs sur les plantes.

Des nutriments comme N, le P et le soufre (S) peuvent être considérées comme des contaminants à concentrations élevées. L’application de ces matières peut faire partie des processus d’assainissement et de remise en état des sites contaminés.

Propriétés des sols et des contaminants pertinents pour l’assainissement

La sélection d’une stratégie d’assainissement appropriée dépend des propriétés des contaminants et du site, y compris les propriétés du sol. Par exemple, les hydrocarbures pétroliers varient en poids moléculaire, solubilité dans l’eau, volatilité et densité; l’essence a tendance à avoir un poids moléculaire plus faible et une volatilité plus élevée que les huiles lubrifiantes. Les composés d’hydrocarbures plus gros ont tendance à être moins volatils et moins solubles dans l’eau que les plus petits. Les gros hydrocarbures non solubles peuvent présenter une forte sorption (ils sont sorbés) envers la matière organique native du sol (coefficient de sorption élevé), ce qui les rend difficiles à dégrader ou à éliminer, en particulier dans les sols à texture fine en raison d’une plus grande sorption et d’un plus fort potentiel de piégeage dans les agrégats du sol, ainsi que d’une circulation réduite de l’air et de l’eau.

Les contaminants inorganiques, tels que les métaux, peuvent être présents sous différentes formes dans les sols. La répartition entre les divers composants sera affectée par la texture du sol, la minéralogie, le pH, la capacité d’échange cationiques et anionique, la teneur en matière organique et l’état d’aération. Les stratégies d’assainissement doivent tenir compte des diverses formes d’espèces chimiques de contaminants.

Stratégies d’assainissement

Les stratégies d’assainissement des sols contaminés peuvent être généralement classées comme biologiques, chimiques, physiques ou thermique (tableau 16.2). Beaucoup sont une combinaison de plusieurs types et peuvent être appliqués ex situ ou in situ. Les méthodes ex situ impliquent l’excavation du sol de la zone impactée et le traitement du sol sur site ou hors site. Les méthodes in situ traitent le sol contaminé sur place. Les eaux de surface et souterraines des sites contaminés sont elles aussi souvent contaminées et peuvent nécessiter des stratégies d’assainissement différentes ou complémentaires.

Table 16.2. Principales stratégies d’assainissement des sols contaminés

La bioremediation est un traitement biologique qui utilise les micro-organismes du sol pour traiter les contaminants. Il peut utiliser des processus naturels de biodégradation ou les améliorer en ajoutant des préparations microbiennes commerciales ou autres (bioaugmentation), ou en ajoutant des nutriments tels que N ou le P et/ou des accepteurs d’électrons tels que l’oxygène (biostimulation). Les stratégies de bioremédiation se concentrent sur la dégradation microbienne des contaminants organiques, bien que les changements chimiques induits par les microbes des produits chimiques inorganiques puissent être considérés comme de la bioremédiation, comme la conversion de chrome plus toxique en chrome moins toxique.

La bioremédiation peut être appliquée dans diverses technologies, telles que l’épandage, les biopiles ou les réacteurs artificiels. La bioventilation est un traitement in situ qui améliore la dégradation microbienne des contaminants grâce à une meilleure aération dans la zone contaminée. L’utilisation de plantes pour éliminer (phytoextraction), stabiliser (phytostabilisation) ou détruire (phytodégradation) des contaminants est un traitement biologique appelé phytoremédiation. Les bactéries de la rhizosphère peuvent jouer un rôle important dans la biodégradation des contaminants organiques lors de la phytoremédiation (rhizodégradation).

Les traitements chimiques peuvent être utilisés pour convertir les contaminants en produits chimiques non dangereux ou moins toxiques, ou en des formes moins mobiles, plus stables ou inertes. L’oxydation chimique à l’aide de peroxyde d’hydrogène, d’ozone ou de permanganate peut détruire des composés tels que les HAP et convient mieux aux liquides tels que les eaux souterraines ou les boues de sol. La réduction chimique peut convertir le chrome toxique en chrome moins toxique et dégrader certains solvants organiques chlorés tels que le trichloroéthène. La neutralisation consiste à ajouter des matériaux pour ajuster le pH d’un sol très acide ou basique.

Les traitements physiques utilisent les propriétés du contaminant ou du milieu contaminé pour séparer ou immobiliser le contaminant. Les additifs chimiques peuvent améliorer l’efficacité de l’élimination. In situ, l’extraction des vapeurs du sol crée une dépression dans la zone non-saturée zone dite vadose, aspire les vapeurs dans un puits d’extraction, puis les traite ou les détruit en surface. Le rinçage du sol se produit in situ, où la zone contaminée est traitée avec une solution, et les contaminants mobilisés sont amenés à la surface pour élimination, traitement ou recirculation. Les solutions de traitement peuvent être aqueuses, basiques, acides, chélatantes ou complexantes, réductrices, co-solvantes ou tensioactives. L’extraction biphasique implique l’installation d’une tuyauterie vers les eaux souterraines et l’extraction sous vide de l’eau et des contaminants organiques tels que les hydrocarbures pétroliers. Le lavage des sols est effectué ex situ et peut impliquer de séparer les particules fines du sol (limon, argile) des matériaux grossiers, réduisant ainsi la masse et le volume à traiter.

La solidification et la stabilisation empêchent ou ralentissent la libération des contaminants du sol par traitement avec des agents liants tels que le ciment ou l’asphalte. Le sol peut être traité avec un matériau qui réduira la solubilité et la mobilité des contaminants. Par exemple, les matériaux à base de phosphate réduisent souvent la mobilité du plomb, en convertissant le plomb en composés de phosphate de plomb insolubles. Le sulfure d’hydrogène peut convertir de nombreux métaux en pyrites insolubles.

La séparation électrocinétique envoie un courant continu de faible intensité à travers le sol pour séparer les métaux, les radionucléides et les contaminants organiques. Les espèces chargées positivement migrent vers la cathode, et les espèces chargées négativement, telles que les anions inorganiques et organiques, migrent vers l’anode.

Les traitements thermiques sont principalement utilisés pour assainir les contaminants organiques. La désorption thermique se fait généralement ex situ, avec de la chaleur appliquée au sol pour évaporer ou vaporiser les contaminants qui sont collectés, traités ou détruits. Des températures de 90 à 320°C sont nécessaires pour traiter les contaminants organiques volatils tels que les composants de carburants, et de 320 à 540°C pour traiter les composés organiques semi-volatils tels que les HAP, les PCB et les lubrifiants. L’incinération consiste à chauffer le sol ex situ entre 870 et 1370 °C pour détruire les contaminants organiques. La vitrification chauffe le sol à 1400 à 2000°C pour faire fondre la silice et la convertir en verre stable et en solides cristallins. La chaleur peut être générée par des électrodes et une résistance électrique ou la technologie de l’arc plasma. Les contaminants organiques sont volatilisés, piégés et traités ou détruits et les contaminants inorganiques, y compris les radionucléides, sont emprisonnés.

Manipuler les processus du sol pour favoriser la remédiation

Comprendre les propriétés et les processus du sol facilite l’assainissement des sols contaminés. Par exemple, dans la bioremédiation de sols contaminés par des hydrocarbures pétroliers, un composé d’hydrocarbure parent est biodégradé en un composé plus simple ou complètement dégradé en dioxyde de carbone. Trois facteurs principaux influençant la biodégradation des contaminants organiques peuvent être manipulés. Cela inclut les propriétés chimiques du composé telles que la solubilité, le poids moléculaire et le potentiel de sorption; les capacités microbiennes, par exemple si les micro-organismes ont des systèmes enzymatiques appropriés pour biodégrader le composé; et les conditions environnementales telles que la température, le pH , la conductivité électrique, l’état d’aération, la teneur en eau, la teneur en éléments nutritifs, la teneur en matière organique, la texture et la structure du sol.

Le pétrole brut contient des centaines de composés individuels de tailles moléculaires, ramifications et solubilités différentes. Les composés plus gros et plus complexes sont généralement moins solubles et plus fortement adsorbés (ou partitionnés) dans le sol. La plupart des horizons de surface du sol contiennent un consortium de micro-organismes hétérotrophes capables de dégrader les hydrocarbures pétroliers. Les organismes du sol peuvent être inoculés dans le sol (bioaugmentation), dans le bioréacteur ou la ferme terrestre, avec un sol connu pour contenir des micro-organismes dégradant le pétrole. La bioremédiation des hydrocarbures pétroliers fonctionne mieux quand les concentrations de pétrole sont suffisamment faibles pour qu’il reste des fractions de sols libres de pollution; des concentrations inférieures à 10 % en masse sont idéales.

L’environnement du sol peut être manipulé pour améliorer la biodégradation. La dégradation du pétrole est généralement plus rapide dans des conditions chaudes, humides, aérobies et proches d’un pH neutre. Le pH du sol peut être modifié avec de la chaux, de la cendre de bois ou du soufre élémentaire. La plupart des micro-organismes du sol sont mésophiles et la biodégradation est optimale entre 25 et 35°C. Le réacteur peut être aéré pour augmenter la concentration en oxygène, ou chauffé par temps froid. Les niveaux d’oxygène se situent entre 1 et 10 % dans l’air du sol et l’activité microbienne aérobie est la plus rapide juste en dessous de la capacité au champ. En supposant qu’il n’y ait pas d’hydrophobicité, le sol cultivé ou traité peut être maintenu humide, proche de la capacité au champ. Les bactéries et les champignons hétérotrophes utilisent les hydrocarbures pétroliers comme source d’énergie et de carbone pour leur croissance. Pour créer de nouvelles cellules, les micro-organismes ont besoin de carbone, N, P, de S et d’autres nutriments. L’azote et parfois le P peuvent être nécessaires en plus grandes quantités; cependant, les hydrocarbures pétroliers contiennent généralement peu de ces éléments. Le pétrole brut contient généralement environ 85% de carbone. En supposant une efficacité d’utilisation du carbone de 50% et un rapport C/N moyen des cellules de 10, les micro-organismes ont besoin d’environ 1 unité de masse N pour 20 unités de masse de carbone de pétrole. Des niveaux de 1 unité de masse N pour 40 à 50 unités de masse de carbone de pétrole peuvent être suffisants car tout le carbone du pétrole ne sera pas dégradé au même rythme. L’azote peut être ajouté sous forme d’engrais tel que l’urée ou le sulfate d’ammonium, ou par le biais de sources organiques riches en N telles que les fumiers et les biosolides. Le phosphore doit être disponible dans un mélange hydrocarbures-sol à un rapport C /P approprié d’au moins 50:1.

Tous les hydrocarbures pétroliers présents dans le sol ne sont pas facilement biodisponibles. Les composés doivent entrer en contact avec des enzymes microbiennes pour que la dégradation se produise. Les contaminants peuvent être fortement absorbés par le sol, piégés dans les pores ou dans une phase séparée des micro-organismes et/ou de leurs enzymes. Cet effet de partition ou de sorption est plus fréquent pour les composés pétroliers hydrophobes plus gros et dans les sols contaminés vieillis ou altérés. Pour la bioremédiation des hydrocarbures in situ, il faut éliminer autant d’hydrocarbures libres que possible par extraction sous vide, puis les hydrocarbures adsorbés restants peuvent être traités par bioremédiation.

Le sol peut être manipulé pour améliorer la biodisponibilité. Les techniques comprennent l’ajout de surfactants pour diminuer la forte sorption du sol et augmenter la solubilité apparente des hydrocarbures pétroliers. Les agrégats du sol peuvent être détruits pour améliorer le contact entre les enzymes microbiennes et les contaminants. Certains systèmes, tels que les réacteurs en phase de suspension, sont idéaux pour cela, mais peuvent augmenter considérablement les coûts de traitement.

RÉSUMÉ

• La remise en état et l’assainissement des sols sont des composantes du processus de réhabilitation des terres par lequel un paysage perturbé peut retrouver ses anciens usages ou de nouveaux usages productifs; les objectifs de la remise en état des sols sont dictés par la nature de la perturbation et l’utilisation finale des terres que l’on souhaite.
• La remise en état des sols de paysages fortement perturbés nécessite une bonne compréhension de la formation et de la genèse des sols; les humains peuvent accélérer les processus de formation du sol en partie grâce à l’ajout de divers amendements, ce qui comprend l’utilisation de divers résidus mais aussi de plantes dans le processus de revégétalisation.
• Les anthroposols sont les classes de sols résultant de l’intervention humaine.
• L’assainissement des sols (remédiation) est une sous-composante de la remise en état des sols et se concentre sur l’élimination, la réduction ou le confinement des contaminants organiques et/ou inorganiques dans le but de minimiser les risques pour les humains et/ou les récepteurs environnementaux.
• Un large éventail de stratégies biologiques, chimiques et physiques sont disponibles pour assainir les sols contaminés; le choix de la technologie la plus appropriée est en partie dicté par la nature des contaminants du sol et du site touché.
• La bioremédiation est une approche courante pour assainir les sols contaminés par les hydrocarbures pétroliers; le processus peut être optimisé en manipulant les conditions du sol et de l’environnement afin d’améliorer la dégradation microbienne des composés cibles.

RÉFÉRENCES

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About the Authors

M. Anne Naeth, Professeure, Département des Ressources Renouvelables, Université de l’Alberta, Edmonton, Alberta, Canada

Anne est agronome (PAg) et biologiste professionnelle (PBiol). Elle a été doyenne associée au niveau académique et au niveau de la recherche et des études supérieures. Elle a travaillé au sein du gouvernement et de l’industrie et a siégé à la Commission d’appel de l’environnement de l’Alberta, ainsi qu’à la direction de nombreux organismes et conseils professionnels. Son programme de recherche sur la remise en état des terres a conduit à de nombreuses publications, à des changements de politique et au développement d’un nouvel ordre des sols (les Anthroposols). Elle a supervisé plus de 75 étudiants diplômés et encadré des dizaines de boursiers postdoctoraux, d’associés de recherche et d’étudiants de premier cycle. Elle est titulaire de la Chaire d’enseignement distingué Vargo, membre de la Société canadienne des sciences du sol, membre de la Société pour l’enseignement et l’apprentissage dans l’enseignement supérieur et récipiendaire de nombreux prix reconnaissant l’érudition, l’enseignement et le service communautaire, y compris le prix de remise en état des sols Noranda (CLRA Noranda Land Reclamation Award), des mentors du millénaire, le prix des Alumni d’excellence, le tire de professeur Killam, le prix d’exception des agrologistes, le prix Rutherford pour l’excellence de l’enseignement au niveau de 1er cycle, le prix des enseignant-chercheurs de l’année, la prestigieuse bourse 3M et la University Cup (la plus haute distinction de l’Université de l’Alberta). Elle a reçu la première subvention FONCER du CRSNG de l’Université de l’Alberta pour créer la Land Reclamation International Graduate School (LRIGS), la première école du genre au monde pour la formation multidisciplinaire et le perfectionnement professionnel des étudiants en remise en état des terres.

P. Michael Rutherford, Professeur, Programme des Sciences Environnementales, Université du Nord de la Colombie-Britannique, Prince George, B.C., Canada

Mike s’est joint au programme des sciences de l’environnement de l’UNBC en 2001. Il enseigne et mène des recherches sur des sujets liés à la science du sol, à la qualité de l’environnement et à la gestion des déchets. Ses recherches se sont concentrées sur un large éventail de sujets, notamment: les interactions biologiques dans les sols, le cycle du carbone et de l’azote, le radon et la radioactivité naturelle, la remédiation et la remise en état des sites, et l’utilisation bénéfique des résidus (comme la cendre de bois) comme amendements du sol. Il est un agronome (P.Ag) qui aime travailler sur des questions pratiques liées à la science du sol.

Allen M. Jobson, Microbiologiste du sol à la retraite, Université de l’Alberta, Edmonton, Alberta, Canada

Al s’est joint au Conseil de recherche de l’Alberta en 1975 en tant que spécialiste de la biorestauration du pétrole, avant de rejoindre le Centre de recherche environnementale de l’Alberta (Vegreville) en 1978 en tant que chef du département de microbiologie environnementale. À la poursuite d’autres intérêts en agriculture, Al a déménagé en Saskatchewan en 1980 et a été agriculteur jusqu’en 1987. Il a mené des essais d’application d’herbicides à taux réduit avec des pulvérisateurs protégés dans toute la Saskatchewan pour Rogers Engineering Ltd. (Saskatoon). En 1991, il rejoint Beak Associates à Saskatoon qui devient SENTAR, puis Stanley Environmental, puis STANTEC (1994). Al a suivi de nombreux projets d’assainissement environnemental des sols pour STANTEC en Alberta, en Saskatchewan, au Manitoba, au Nebraska et en Idaho. En 2008, il s’est joint à Ostrem Chemical Co. Ltd. (Edmonton) en tant que spécialiste du développement de produits, dans le but de développer des produits plus respectueux de l’environnement. De 1998 à 2018, Al a été professeur auxiliaire au Département des ressources renouvelables de la Faculté des sciences de l’agriculture, de la vie et de l’environnement de l’Université de l’Alberta.