La construction de sols végétalisés à partir de déchets afin de préserver la ressource naturelle «sol»

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Michelle Laurin
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1 La construction de sols végétalisés à partir de déchets afin de préserver la ressource naturelle «sol» Patrice Cannavo, Laure Vidal-Beaudet Agrocampus Ouest Unité de recherche Environnement Physique de la plante Horticole (EPHor)

2 La place des sols dans l agronomie urbaine Les sols urbains : des milieux peu connus, très hétérogènes, avec une spatialisation aléatoire (cf C. Schwartz) Une forte hétérogénéité pour des usages multiples Type d usage Squares et parcs Accompagnement voies circulation Train, tram, métro, voies d eau Accompagnement de bâtiments publics Espaces naturels aménagés Arbres d alignements Toitures et murs végétalisés Jardins vivriers et agriculture urbaine Description type de sol sols très horticoles Sol construits techniques Sol en place pouvant être amendés Sol en place ou apportés sol construit, fosses de plantation Substrats techniques de type horticole Sols de jardins avec forts apports d intrants Carte pedologique actuelle des sols connus

La place des sols dans l agronomie urbaine Changement d usage des sols: une diminution des surfaces cultivables et une demande croissante d espaces verts en ville 9% des sols continentaux sont

3 La place des sols dans l agronomie urbaine Changement d usage des sols: une diminution des surfaces cultivables et une demande croissante d espaces verts en ville 9% des sols continentaux sont urbanisés En France, la construction d espaces verts requiert 3.1 millions de tonnes de terre arable chaque année! MEDDE (2014). L environnement en France - Les grandes tendances Des incitations politiques fortes pour stopper l expansion urbaine La ressource en sol arable devient rare et chère (20-30 / m 3 ) Quelles solutions alternatives?

4 La place des sols dans l agronomie urbaine La production de déchets en Europe: quelles nouvelles voies de valorisation? En France, tous déchets confondus, 36 % des déchets n ont pas été valorisés en Développement durable de l écosystème urbain = valorisation agronomique des déchets dans la ville

5 La place des sols dans l agronomie urbaine Le milieu urbain: un environnement stressant pour les végétaux Un volume racinaire limité Un sol compacté par l activité urbaine, souvent pollué Pas de restitution de la MO au sol Mauvaise circulation de l eau et de l air dans les sols Plante & Cité (2014)

6 Questionnement scientifique Quels sont les leviers pour la construction de sols urbains fertiles? Quelle capacité du végétal à se développer dans ces milieux construits?

7 Objectifs scientifiques Etudier les propriétés physico-chimiques des sols urbains construits : - avec apport de matières organiques en grande quantité - à partir de sous-produits et déchets urbains Evaluer la croissance d arbres en fosse de plantation : - colonisation racinaire - architecture aérienne

8 Démarche de travail Présentation de 2 études (financement Ademe) : - Impact de l ajout de matière organique en grande quantité sur les propriétés physiques du sol (contrat ADEME n 05 75C0028 et thèse C. Grosbellet 2008) - Propriétés physico-chimiques de sols construits à partir de déchets en mélange terrepierre (Projet Siterre et thèse S. Rokia 2014) Etude de sol dans des lysimètres : - Fosse de plantation d arbre à échelle réduite (env. 500 l) - Essais de 3 à 5 ans Suivi de paramètres : - Hydrodynamiques : caractérisation de la porosité, stabilité des agrégats, conductivité hydraulique, masse volumique apparente, capacité de rétention en eau - Biologiques : biodégradation de la matière organique, densité racinaire, biomasse végétale aérienne

9 Impact de l ajout de matière organique en grande quantité sur les propriétés physiques du sol

Dispositif expérimental Essai 2005-2010 Thèse C.

10 Impact de l apport de matière organique en grande quantité sur les propriétés physiques du sol Dispositif expérimental Essai Thèse C. Grosbellet (2008) Espèce d arbre: Ostrya carpinifolia

11 porosité surfacique mm2/ mm2 Impact de l apport de matière organique en grande quantité sur les propriétés physiques du sol Caractérisation de la porosité par analyse d image 0.03 témoin 5 mois = 0, mois = 0, mois = 0,082 dv40 5 mois = 0, mois = 0, mois = 0,106 bp40 5 mois = 0, mois = 0, mois = 0,116 tb40 5 mois = 0, mois = 0, mois = 0, Impact de la nature de la MO sur l organisation de l espace poral

en C dans les agrégats 3-5mm Grosbellet et al (2012), Geoderma (en mois) très stable stable peu

12 Diamètre moyen pondéré (mm) Impact de l apport de matière organique en grande quantité sur les propriétés physiques du sol Stabilité des agrégats au cours du temps Au cours du temps de la teneur en C dans les agrégats 3-5mm Grosbellet et al (2012), Geoderma (en mois) très stable stable peu stable instable BP20 DV20 BP40 DV40 Impact de la nature de la MO sur la formation et la stabilité des agrégats

13 Masse volumique apparente (g cm -3 ) Ksat (m s -1 ) Impact de l apport de matière organique en grande quantité sur les propriétés physiques du sol Masse volumique apparente et conductivité hydraulique à saturation Cannavo, Vidal-Beaudet et al. (2014), Soil Use Management 1.7 Témoin sans apport Sol + compost déchets verts 1.E-03 perméable Sol sans apport Sol + compost déchets verts 1.5 Sol + compost boue et bois de palette 1.E-04 Sol + co-compost boue et bois palette E-05 Semi-perméable E Temps (mois) Stabilisation des propriétés au bout de 24 mois Impact positif de l apport de MO (40% vol) et influence de la nature de la MO 1.E-07 imperméable Temps (mois)

14 Propriétés physico-chimiques de sols construits à partir de déchets en mélange terre-pierre

15 Propriétés physico-chimiques de sols construits à partir de déchets en mélange terre-pierre Dispositif expérimental Matériau de croissance Matériau squelette Basé sur le principe du mélange terre-pierre Mélange terre-pierre: - 65% de pierres mm, en volume - 35% de terre végétale Substratum Essai Projet Espèce d arbre: Acer platanoïdes Sol Paysage

16 Propriétés physico-chimiques de sols construits à partir de déchets en mélange terre-pierre Constituants % vol. Notation Brique Co-Compost boue STEP + déchets verts BR-CO Matériau de croissance Brique (0-40 mm) Co-compost Matériau squelette Substratum

17 Propriétés physico-chimiques de sols construits à partir de déchets en mélange terre-pierre Constituants % vol. Notation Brique Co-Compost boue STEP + déchets verts BR-CO Constituants % vol. Notation Matériau de croissance Matériau squelette Substratum 1 Calcédoine Terre végétale + compost 2 Ballast usagé (BA) Terre d excavation acide (TA) Boue de STEP (BS) 3 Déchet de bâtiment (DB) Terre d excavation acide (TA) Déchet vert (DV) Témoin (Ville d Angers) TA/BA/BS TA/DB/DV Brique (0-40 mm) 3 répétitions Co-compost Terre excavée Ballast (0-40 mm) Déchet bâtiment (0-40 mm) Boue de STEP Déchet vert

18 Propriétés physico-chimiques de sols construits à partir de déchets en mélange terre-pierre

19 Propriétés physico-chimiques de sols construits à partir de déchets en mélange terre-pierre

20 Propriétés physico-chimiques de sols construits à partir de déchets en mélange terre-pierre

21 Propriétés physico-chimiques de sols construits à partir de déchets en mélange terre-pierre

22 Réserve utile (mm cm -1 ) Propriétés physico-chimiques de sols construits à partir de déchets en mélange terre-pierre Réserve utile % sol < 2 mm Réserve utile (mm cm -1 ) Type sableux 0.7 Type limoneux 1.3 Type argileux BR-CO Témoin TA/BA/BS TA/DB/DV Matériau de croissance Matériaux squelette Seuil acceptable de disponibilité en eau Contribution forte de la matière organique dans la réserve utile Stabilité dans le temps, sauf pour TA/DB/DV, effet de la nature de la MO?

23 Macroporosité (v/v) Propriétés physico-chimiques de sols construits à partir de déchets en mélange terre-pierre Disponibilité en air (macroporosité) Des matériaux squelette qui ne répondent pas au seuil théorique de disponibilité en air Stabilité dans le temps, sauf pour TA/DB/DV Seuil critique de disponibilité en air BR-CO Témoin TA/BA/BS TA/DB/DV Matériau de croissance Matériaux squelette

24 Propriétés physico-chimiques de sols construits à partir de déchets en mélange terre-pierre Croissance racinaire Au bout d un an de croissance (2014), l ensemble du volume de sol a été exploré par les racines

25 Propriétés physico-chimiques de sols construits à partir de déchets en mélange terre-pierre Teneur volumique racinaire (v/v) Teneur volumique racinaire (v/v) Croissance racinaire 3.0E E E E E E E-02 BR/CO 1.0E-04 Témoin TA/BA/BS TA/DB/DV Les sols ne présentent pas de carence ou d excès notables en éléments majeurs et oligo-éléments Faible évolution de croissance racinaire dans le témoin en raison d un ph faible (4.2)

26 Propriétés physico-chimiques de sols construits à partir de déchets en mélange terre-pierre Biomasse (g sec) Biomasse (g sec) Biomasse aérienne en 2014 et Témoin TA/BA/BS TA/DB/DV Témoin TA/BA/BS TA/DB/DV 0 Ordre 1 Ordre 2 Ordre 3 Ordre 4 Une ramification plus importante dans les traitements constitués à partir de déchets

27 Conclusion Les sols urbains en place ne sont pas souvent favorables à la croissance de la végétation dans les aménagements urbains construction de sol avec des matériaux exogènes La matière organique = catalyseur indispensable de développement durable des espaces végétalisés urbains Il existe des solutions alternatives permettant de préserver la ressource naturelle «sol» Faire pousser des arbres dans des déchets, c est possible! Nécessité de faire évoluer les normes de supports de culture pour une mise en œuvre de cette solution alternative

28 Capital acquis et perspectives Connaissance des processus : - Transfert d eau dans le système sol construit-plante-atmosphère - Dynamique des matières organiques apportées en grandes quantités Ingénierie pédologique des sols construits pour une gestion durable des sols urbains: - Développement d indicateurs de la qualité agronomique - Vers le développement d un réseau de mesures de la qualité des sols urbains

29 Merci de votre attention

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