Etude des berges

 

Etude des berges

 

Les fleuves et rivières sont des milieux complexes avec des interactions physico-chimiques de toutes sortes. Au cours de ces deux derniers siècles, l'impact sur les berges du Riachuelo a été immense : canalisation ainsi que la modification des berges en bétonnant et en construisant des bâtiments au plus près de l'eau. En conséquence de l'intense activité des tanneries de Buenos Aires, les berges du Riachuelo, tout comme les sédiments, sont lourdement contaminés par plusieurs polluants : déchets grossiers, effluents, plomb, chrome, HAP, etc. La présente étude se concentrera sur la dépollution du chrome des berges de cette rivière, tout en les revégétalisant afin de créer une barrière physique contre l'érosion et la montée des eaux en cas de crues.

 

Illustation de la pollution du cours d'eau - Source : revista mundo avellaneda

 1. Plan de l'étude et objectifs​​

Plusieurs objectifs sont reliés à l'étude, répondant aux utilisations d'un cours d'eau : dépollution des berges, rétention des crues pour protéger les habitations environnantes, et restauration de la qualité paysagère de la rivière.

L'étude se divise en trois parties :

  • La première étape est un état des lieux de la pollution des berges du Riachuelo, conjointement avec un inventaire de la flore locale restante.
  • La seconde sera d'étudier les solutions de mise en place de la phytoremédiation du chrome par des espèces adaptées au climat et à cette technique de dépollution.
  • Enfin, nous proposerons des aménagements garantissant la stabilité, la biodiversité et la valorisation paysagère des berges du Riachuelo.

Un devis des travaux sera réalisé sur l'ensemble de la dépollution, conjointement avec l'étude des sédiments.

 

2. Limites de l'étude

L'étude se focalisera sur un seul polluant : le chrome, qui est le plus abondant dans les berges. ​​La qualité de l'eau ne sera pas abordée dans cette étude : bien que le Riachuelo soit le troisième cours d'eau le plus pollué au monde, nous sommes partis de l'hypothèse "zéro rejets" à l'horizon 2016. Le projet n'ayant évidemment pas vocation à être réalisé, nous ne prendrons pas en compte les contraintes financières allant de pair avec la réalisation d'une telle étude.

 

 

Etat des lieux

 

Etat des lieux

 

Tout d'abord, il convient de développer la situation actuelle des berges du Riachuelo et de la zone d'étude.

 

1. La contamination des berges en ETM

 

Les principaux contaminants métalliques des berges sont le plomb, le chrome, le cadmium et le mercure. Cependant, comme le montre le tableau ci dessous, la concentration du chrome dépasse de loin celles des autres polluants. L'étude se concentrera donc sur ce polluant particulier. Les valeurs des normes sont les valeurs argentines, sur lesquelles nous nous sommes basés pour cette étude. 

 

 

Elements Concentrations Normes domestiques Normes industrielles
  mg/kg mg/kg mg/kg
Cd 0.2 0.005 0.02
Hg 0.42 0.002 0.04
Pb 8.58 0.5 1
Cr 21000 0.250 0.8

Analyse des berges du Riachuelo - Source : étude "cueros toxicos" Greenpeace, 2013

 

Il existe plusieurs possibilités d'évolution pour un métal lorsqu'il se retrouve dans le sol : il peut précipiter, s'adsorber, être lié aux oxydes du sol ou à la matière organique... La forme majoritaire du chrome trouvée dans les analyses des sols des berges est la forme Cr(III). Ce chrome est d'une part peu soluble, et d'autre part fortement lié aux solides du sol, et n'est par conséquent que peu mobile, avec une tendance rester dans les horizons superficiels. Dans le cas des berges du Riachuelo, ce chrome est présent essentiellement sous forme liée aux oxydes présents dans les sols.

 

Devenir des métaux dans les sols - Source : Cours de Camille Dumat, enseignant chercheur ENSAT

 

2. Espèces de flore présentes dans le Riachuelo

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Le Riachuelo est une rivière extrêmement polluée, ce qui a eu pour conséquence une réduction de la biodiversité drastique depuis l'implantation de l'homme. Aujourd'hui on dénombre trois groupements végétaux majoritaires, indigènes ou implantés par l'homme :

  • zone de forêts : bois tendre, bois dur, saule (Salix humboldtiana, Salix Babylonica), peuplier.
  • zone d'hélophytes : sagittaire (Saggittaria Montevidensis), roseaux, joncs. 
  • zone d'hydrophytes : Jacinthe d'eau  (Eichornia Crassipes), herbe à côte (Panicum Elephantipes).

                                                                                            

 

 

 

 

 

 

     

           

                              Jacinthe d'eau                                                                                                     Sagittaire                                                               

Les conditions du milieu ont fait que trois espèces de plantes dominent le milieu aquatique et les berges : la jacinthe d'eau, l'herbe à côte et le sagittaire. Ces trois plantes sont des espèces dites hyperaccumulatrices, c'est à dire qu'elles possèdent une grande tolérance aux métaux présents dans le milieu, ce qui a permis la colonisation de ce cours d'eau par ces trois espèces.

 

3. Utilisation actuelle des berges

 

Aujourd'hui, plus de 4 millions de personnes vivent sur les berges du Riachuelo. La rivière sert à la fois de source d'irrigation pour les potagers domestiques des alentours et de receveur des effluents et déchets ménagers et industriels. Les berges servent, de même, de terrain de jeux pour les enfants, parfois même dans des zones boueuses et inondées. Il convient donc de prendre des mesures à la fois de dépollution et à la fois de génie végétal afin de rendre ces berges praticables et esthétiques pour protéger les populations.

Phytoremédiation

 

La Phytoremédiation

 

La phytoremédiation, du grec "phyto" (végétal) et du latin "remedium" (rétablissement de l'équilibre), est une science faisant appel au potentiel d'épuration et de détoxification des plantes afin de dépolluer l'air, l'eau ou les sols. Ce type de technologie a pour but d'immobiliser, fixer, extraire ou détruire les polluants organiques ou inorganiques présents dans le milieu. Il existe plusieurs techniques de phytoremédiation, à savoir la phytoextraction, la phytodégradation, la phytovolatilisation, la phytostabilisation et la phytostimulation.

 

Les berges du Riachuelo étudiées sont en pente forte et lourdement anthropisées. Le déplacement du sol pour procéder à un traitement "ex-situ" est par conséquent peu réaliste. De même, le déplacement des polluants dans la biomasse aérienne (phytoextraction) ou la volatilisation (phytovolatilisation) semblent incompatibles avec le profil des berges obtenu. Dans la suite nous considèrerons donc comme technique de phytoremédiation uniquement la phytostabilisation du chrome, en la combinant à un aménagement des berges afin de prévenir la réintroduction du chrome dans la rivière.

                                                 

 Différents procédés de phytoremédiation - Source : aquaportail

La phytostabilisation a des avantages certains par rapport à d'autres techniques, dans le sens ou celle-ci est facile à mettre en place "in situ", est efficace pour des cas de pollution combinée (ETM, polluants organiques), requiert moins d'entretien, permet une bonne valorisation de la biomasse créée, et présente des résultats prometteurs pour les éléments fixés dans les couches supérieurs du sol, notamment le chrome. De plus, la couverture végétale abondante permet d'enrichir le sol en éléments nutritifs et de favoriser l'activité biologique du sol, tout en réduisant les risques pour l'homme.

                                                                       Source : ADEME

Cependant, la phytostabilisation fait face à certaines limites inhérentes à sa nature : en premier lieu elle ne permet pas d'éliminer les ETM présents dans les sols, seulement de les fixer et de réduire la fraction disponible ; la profondeur de fixation des métaux dépend de même de la profondeur du système racinaire des espèces utilisées. De plus, les paramètres physico chimiques du sol peuvent être affectés et modifiés la disponibilité des ETM par apport de matière organique,variation du pH, etc. Un suivi sur le long terme est donc nécessaire sur les surfaces concernées.

Cette méthode consiste donc en une technique permettant un inertage certain de la pollution dans les sols, en améliorant les propriétés de ceux-ci et en réduisant les risques environnementaux liés à la présence de ces ETM.

 

 

 

Choix des espèces végétales

 

Espèces végétales phytostabilisantes

 

Le choix des espèces à utiliser pour fixer le chrome présent dans les sols dépend de plusieurs paramètres :

  • Les caractéristiques physico-chimiques du sol,
  • La forme des polluants dans les sols,
  • Le degré de tolérance des végétaux choisis,
  • La production de biomasse,
  • Les mécanismes d'absorbtion de la plante
  • Et le transport vers les parties aériennes de la plante.

Une plante utilisée pour la phytostabilisation aura pour but de fixer le chrome en empêchant celui-ci de s'accumuler dans les cellules de la plante ou de migrer vers les parties aériennes, en les concentrant dans la rhizosphère à l'aide d'exsudats, en accumulant les métaux dans les parties racinaires (majoritairement les vacuoles et l'apoplasme).

Une plante utilisée pour la phytostabilisation doit avoir plusieurs caractéristiques :

- Être adaptée aux conditions climatiques et de cultures du site choisi

- Accumuler des métaux dans les parties racinaires et/ou la rhizosphère

- Avoir une bonne production de biomasse afin d'avoir un bon couvert végétal et une valorisation possible.

- Être tolérante aux formes de pollution à traiter

Dans notre cas d'étude, les plantes choisies devront de plus s'inscrire dans la logique paysagère de la ripisylve que nous comptons mettre en place. En considérant tous ces paramètres, le choix s'est porté sur le saule, pour son potentiel de stabilisation des polluants et des berges, ainsi que pour sa grande biodiversité.

En effet le saule est un genre regroupant plus de 300 espèces, présentes sur tous les continents sauf l'Antarctique, et présentant des facultés d'adaptation à tous les climats.

 

                                                   

   Exemple d'espèces utilisées en génie végétal - Source : Lachat B;

La profondeur du système racinaire du saule est en général égale à son altitude, allant donc de 3 mètres de profondeur pour S. Aurita à 30 mètres pour S. Alba. Les racines de saule sont pivotantes et traçantes, c'est à dire qu''il existe une racine principale (le pivot),et un développement de racines secondaires à l'horizontale (traçantes), qui ont les mêmes caractéristiques que la racine principale (force, taille...) de ce système assure une bonne assise au saule, ainsi que le développement d'une rhizosphère étendue. Le saule ayant besoin de lumière et d'eau pour son développement, d'un sol frais et léger, les bords de cours d'eau consistent un très bon espace pour son implantation.

Le faible transfert d'ETM dans les parties aériennes (tiges, feuilles) en fait un bon candidat pour la phytostabilisation. La biodiversité importante des saules est primordiale dans le projet. En effet ceux-ci pourront être utilisés à plusieurs endroits de la succession végétale de la ripisylve, en particulier les milieux forestier et herbacés, en choisissant différentes espèces pour une meilleure biodiversité et une efficience accrue du couvert végétal.

 

Ripisylve et aménagement des berges

 

La ripisylve

 

La ripisylve, du latin "ripa" (rive) et "sylva" (forêt), est une formation végétale, naturelle ou non, bordant les cours d'eau et ayant plusieurs rôles. Dans le cas d'une implantation artificielle, on parle de génie biologique, visant à restaurer une dynamique écologique et à stabiliser les berges à la fois contre l'érosion et contre les dégâts provoqués par les crues successives. Ce type d'ingénierie s'est développé à partir des années 90, et utilise principalement le mode d'enracinement et de croissance des végétaux pour à la fois fixer le sol et créer une barrière physique. Le choix des espèces végétales et la disposition de ces dernières sera donc le paramètre majeur à considérer pour ce type de projet. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ripisylve du parc national des CévennesSource : parc national des Cévennes

 

Les rôles de la ripisylve

 

- Lutte contre l'érosion et les crues

Une des principales caractéristiques de la ripisylve est qu'elle participe efficacement contre l'érosion des berges. C'est l'enracinement des différentes formations végétales et leur complémentarité qui va permettre de prévenir cette érosion : une formation avec uniquement des arbres espacés va entraîner un déracinement successif de ces derniers, tandis qu'une bordure de cours d'eau avec uniquement des herbacées va provoquer une érosion sous jacente et l'écroulement de la berge par pans. La stabilisation du sol passe donc par la diversité des formations végétales et la fixation à plusieurs échelles : au niveau des mottes pour les herbacées, au niveau des premiers horizons pour les plantes arbustives et les sections de berges par la présence d'arbres. La présence de ces systèmes racinaires stabilise donc le sol et réduit la force du courant aux abords du cours d'eau, réduisant l'érosion.

 

 

    Berge à herbacées érodée par paliers -  Source : musée canadien de la nature

Cette formation a aussi un but de barrière physique contre les ondes de crues, tout en ayant un rôle de rétention des sédiments, des alluvions et des débris ligneux grossiers (DLG). 

 

- Rôle écologique

 

La ripisylve est habitat pour de nombreuses espèces : poissons, crustacés, insectes, amphibiens, oiseaux, mammifères... La présence d'une ripisylve permet un espace ombragé (régulation de la température) et en eaux calmes, le courant étant moins fort. Les racines permettent de même un type d'habitat plus varié, du fait de la présence de racines entremêlées, favorisant des caches, terriers, etc. Le charriage de matières organique (bois, humus) sert aussi de nourriture et d'habitat à de nombreuses espèces. Le second rôle écologique est celui de corridor : la faune peut circuler dans les deux sens, des berges vers le fleuve ou inversement. De plus, l'enracinement des espèces végétales aquatiques sur les berges est favorisé, du fait de la présence d'un couvert végétal déjà existant.

 

- Epuration

L'épuration du milieu par les ripisylves consiste principalement en une dénitrification des sols et des cours d'eau, en période de hautes eaux par dénitrification bactérienne anaérobie (a) ou par absorbtion racinaire de l'azote en période de basses eaux (b).

 

 

Epuration des sols par la ripisylve - Source : cours S. Jean

Une autre facette du rôle d'épuration de la ripisylve consiste en une régulation des conditions de transfert des éléments entre la nappe, les berges et la rivière, par rétention, absorption ou évapotranspiration. Ainsi, la ripisylve peut, par absorption, empêcher la réintroduction d'un élément dans la nappe ou bien dans le cours d'eau.

 

- Esthétique

 

L'avantage du génie végétal par rapport au génie civil est que ce premier rend le site plus agréable, de par l'intégration paysagère qu'il représente. Le site peut être réhabilité et utilisé comme lieu de récréation par exemple, bien que cela ne soit pas son but premier. Il ne faut donc pas considérer cet aspect comme prioritaire dans le projet, les paramètres physiques étant bien plus importantes.

 

Aménagement des berges

 

Aménagement des berges

 
Une fois les végétaux choisis et les caractéristiques des berges connues, il convient de choisir les méthodes d'aménagement afin d'allier phytostabilisation et revégétalisation des berges. On a considéré une longueur de cours d'eau de 10 km avec une largeur des berges de 15 mètres de part et d'autre du cours d'eau, soit un équivalent de 30 hectares.
 
Le choix et le dimensionnement des aménagements se fait en fonction de deux facteurs : la topographie des berges et le type de végétalisation souhaitée sur le plan horizontal et vertical du cours d'eau.
 
Tout d'abord, on considèrera la zone la plus facilement submersible, où il convient de planter des hélophytes, des plantes ayant un bon développement dans les zones très humides et submergeables. Le choix s'est porté sur différentes espèces de fétuques ( Festuca arundinacea et Festuca pratensis), ainsi que sur la canche gazonnante (Deschampsia cespitosa). La densité étant de 3 pieds par mètre carré, afin d'éviter la colonisation de cet espace par les plantes envahissantes (saggitaire, jacinthe d'eau).
 
La pente des berges du riachuelo étant forte (plus de 10%), nous avons opté pour un aménagement des pieds de berges par lit de plants et plançons de saule : la technique consiste en un lit de boutures ou de plants de saules lngues de 1 mètre 30 environ, plantées à 1 mètre dans la berge et dépassant de 30 cm afin d'asseoir un bon enracinement dans la berge. Dans le cas des boutures l'espèce doit avoir une capacité importante de rejet afin de pouvoir s'enraciner rapidement, ce qui n'est pas le cas des plants qui ont un système racinaire déjà développé. Le lit n de boutures est espacé d'une distance comprise entre 1 et 2 mètres avec le lit n+1, chaque lit étant remblayé avec le sol du lit supérieur. Les choix pour une bonne biodiversité se sont portés sur des espèces de saules buissonnants afin de bien quadriller le terrain : Salix aurita, Salix purpurea, Salix cinerea et Salix Nigrigans.
 
Cette technique a des avantages conséquents car l'enracinement des plants est immédiat et en profondeur, et le choix de plusieurs espèces différentes permet un effet naturel de végétalisation, accentué par la possibilité de renaturalisation de cet espace par des plantes indigènes.
 
 
 
                                                  
Technique de plants et plançons de saule -Source : génie végétal
 
 
Après les pieds de berges, la partie moyenne et haute des berges sera végétalisée par ensemencement de graminées et de légumineuses, ce qui présente associé à la pause d'un géotextile un bon moyen de stabilisation des berges de cours d'eau à faible contrainte érosive.
 
Les espèces suivantes ont été retenues pour revégétaliser sur la largeur des berges :
 
  • Graminées : Fétuque (Festuca rubra), Pâturin (Poa trivialis) et le ray-grass anglais (Lolium perenne).
  • Légumineuses : Lotier corniculé (Lotus corniculatus) et  Luzerne lupuline (Medicago Lupulina).
 
Dans un premier temps ces espèces revégétaliseront les berges et amélioreront la qualité des sols, afin de permettre l'implantation d'autres espèces de graminées, natives d'Argentine.
 
Enfin, la partie supérieure sera le lieu de plantation de bois tendres, à savoir le saule pourpre (salix purpurea), le vime (salix viminalis), le saule pleureur (salix babylonica) et le saule blanc (salix alba), avec une densité de 25%. La partie bois dur sera représentée par l'orme lisse.
On aura donc une succession végétale sur la berge, partant des bords de rivière pour remonter sur 15 mètres.