Identification et prévention d’une contamination naturelle importante en plomb et autres métaux des sols du nord du département de la Moselle Volume 1 - texte brgm/rp-52419-fr juin 2003 Étude réalisée dans le cadre des opérations de Service Public du brgm 2001, 2002 et 2003 Cette étude a bénéficié d’une subvention de l’Union Européenne au titre du programme FEDER Objectif 2, 2000-2006, axe 3, action B7 PREFECTURE DE LA MOSELLE Direction Départementale de l’Agriculture et de la Forêt Identification et prévention d’une contamination naturelle importante en plomb et autres métaux des sols du nord du département de la Moselle Volume 1 - texte brgm/rp-52419-fr juin 2003 Étude réalisée dans le cadre des opérations de Service Public du brgm 2001,2002 et 2003 Cette étude a bénéficié d’une subvention de l’Union Européenne au titre du programme FEDER Objectif 2, 2000-2006, axe 3, action B7 Clozel-Leloup B., Goypieron S., Hay I., Bof E., Bourret G., Baubron J-C. PREFECTURE DE LA MOSELLE Direction Départementale de l’Agriculture et de la Forêt Identification et prévention d’une contamination naturelle en plomb des sols du nord du département de la Moselle Mots clés : plomb, arsenic, contamination, sol, gîte, Hargarten-aux-Mines, Moselle, spéciation, cartographie, zonage, fluorescence X de terrain, Niton 703- S, prospection, grès vosgien, conglomérat principal, grès intermédiaire. En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante : Clozel-Leloup B., Goypieron S., Hay I., Bof E., Bourret G., Baubron J-C., (2003) – Identification et prévention d’une contamination naturelle importante en plomb et autres métaux des sols du nord du département de la Moselle. Rapport brgm/rp-52419-fr, 72 pages, 23 figures, 3 tableaux, 6 annexes. © brgm, 2003. Ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l'autorisation expresse du brgm 2 Rapport brgm/rp-52419-fr Identification et prévention d’une contamination naturelle en plomb des sols du nord du département de la Moselle Synthèse Suite à la mort de quatre vaches par plombémie aiguëe dans la commune d’Hargarten-aux- Mines, la Direction Départementale des Services Vétérinaires de Moselle a demandé au brgm de contribuer au diagnostic de l’origine de cette intoxication. La présence d’anciennes exploitations de plomb dans les proches environs permet de suspecter une contamination « naturelle » du sol qui, par des processus à préciser, entrait dans la chaîne alimentaire des herbivores. Un premier avis a été émis en août 2000. Ces premiers éléments ont permis de suspecter deux principaux paramètres favorisant l’intégration de cette pollution naturelle du sol vers l’alimentation : • des teneurs en plomb très élevées dans les sols situés à l’aval géologique et stratigraphique d’anomalies naturelles (gîte), conduisant à des concentrations supérieures à 2 700 mg/kg de Pb dans l’horizon 0-20 cm ; • l’application d’un procédé d’ensilage de maïs qui aurait favorisé l’extraction du plomb contenu dans les sols. Par ailleurs, une première analyse géologique de la région permet de penser que d’autres zones, situées dans un contexte analogue, dont certaines utilisées en jardins, présentent des potentialités fortes de contamination en plomb ainsi qu’en cuivre et zinc et éventuellement avec une contribution de métalloïdes associés, comme l’arsenic. La surface potentiellement contaminée de ce secteur, comprend au moins 20 communes, et est supérieure à 50 km². L’objectif de cette étude est d’établir des critères de prévention pour les territoires concernés, pour éviter de nouveaux cas d’intoxication et d’empoisonnement. A cette fin, il est nécessaire de : • comprendre les mécanismes de transfert et d’accumulation du plomb depuis les gîtes jusque dans les sols ; • évaluer l’incidence du processus ayant conduit à la mort d’animaux à Hargarten-aux- Mines, en particulier en ce qui concerne l’extension possible du phénomène aux autres communes de la région ; • établir une méthodologie pour la délimitation géographique (zonage cartographique) des sols les plus pollués, tout d’abord dans le secteur d’Hargarten-aux-Mines, puis pour l’ensemble des autres communes du nord du département de la Moselle ; • définir des contraintes éventuelles de gestion des pâtures pour les sols les plus contaminés ; • proposer des recommandations concernant les pratiques agricoles susceptibles de favoriser le transfert des métaux du sol vers les plantes (épandage de fumier, compostage…), que ce soit pour l’élevage ou les jardins privés. Pour satisfaire à cet objectif, cette étude s’inspire de la démarche qui prévaut à l’évaluation d’un risque ; c’est à dire qu’elle porte à la fois sur une meilleure définition : • du terme « Source » de la contamination : Rapport brgm/rp-52419-fr 3 Identification et prévention d’une contamination naturelle en plomb des sols du nord du département de la Moselle 9 d’une part en évaluant l’importance de la distribution du plomb dans les sols (cartographie des anomalies, teneurs en plomb), 9 d’autre part en évaluant la plus ou moins grande facilité du plomb à entrer dans la chaîne biologique en fonction des formes sous lesquelles il est présent dans le sol (spéciation), • du, ou des, « Vecteur(s) » de pollution ; donc sur le mode de transfert du plomb du sol vers l’animal. Pour cela, les voies de transfert les plus probables ont été évaluées et hiérarchisées, telles que : 9 la consommation d’eau chargée en plomb, 9 la consommation de fourrages contaminés en plomb, 9 l’ingestion directe du plomb présent dans le sol lors du broutage, 9 la consommation de maïs ensilé contaminé (cas du plomb à Hargarten-aux-Mines). • les vaches constituant la « Cible » de l’étude. Ce présent document récapitule les travaux réalisés durant la période comprise entre le 13 juillet 2001 et le 1er juin 2003. Les travaux menés ont consisté essentiellement en des campagnes de prélèvements et analyses tant sur le terrain qu’au laboratoire, sur le secteur d’Hargarten-aux-Mines, Falck et Dalem. Des prélèvements ont aussi été effectués dans d’autres communes de contextes géologiques analogues afin de valider les conclusions déduites de l’interprétation des résultats obtenus pour ces trois communes. Ces campagnes visaient : • d’une part, à apporter les échantillons de sols (en surface et en profondeur), végétaux et eaux nécessaires à la détermination des voies d’intégration du plomb dans la chaîne alimentaire ; • d’autre part, à établir une méthodologie préalable, indispensable à la mise en place d’une campagne d’échantillonnage systématique et d’analyses applicables à plus grande échelle. Les premiers résultats d’analyses des sols et l’étude bibliographique sur les mécanismes à l’origine de la formation des minéralisations de plomb ont montré une possible variabilité des teneurs en plomb liées aux conditions de dépôts. En conséquence, la stratégie d’échantillonnage adoptée a nécessité un très grand nombre d’analyses. Cela a été rendu possible grâce à l’utilisation, unique actuellement en France, d’un spectromètre de fluorescence X de terrain, développé pour l’analyse des sols. Au préalable à son application à notre problématique, le spectromètre de fluorescence X a fait l’objet d’une phase de validation. Celle-ci a été menée à partir d’une étude comparative entre les analyses de laboratoire et les analyses réalisées avec le spectromètre de fluorescence X portatif (analyses réalisées directement sur le terrain ou à partir de prélèvements). Une fois confirmées les capacités de l’appareil de fluorescence X, des campagnes de mesures systématiques le long de transects sécants aux formations géologiques (du plateau jusqu’aux fonds des vallées) ont été réalisées. 4 Rapport brgm/rp-52419-fr Identification et prévention d’une contamination naturelle en plomb des sols du nord du département de la Moselle Sur la zone constituée des trois communes d’Hargarten-aux-Mines, Falck et Dalem, ce sont près de 1 500 prélèvements et analyses qui ont été réalisés, constituant en cela un cas d’étude particulièrement remarquable. Il n’existe pas à notre connaissance de site naturel ayant pu faire l’objet d’un aussi grand nombre de mesures, en surface et en profondeur. Les teneurs en plomb mesurées au cours des différentes campagnes d’analyses s’étalent sur une très grande gamme, entre une dizaine de mg.kg-1 et près de 1 %. Pour l’horizon superficiel (0-20 cm), les teneurs naturelles en plomb, dites de « fond géochimique », peuvent atteindre jusqu’à 140 mg.kg-1 avec une valeur médiane d’environ 60 mg.kg-1. L'hypothèse de formation des anomalies en plomb a été clarifiée par la reprise fine de la géologie de la zone d'étude et par l'étude des signatures géochimiques. Il s'agit d'un phénomène d’hydrothermalisme de basse température (comme le prouvent les associations élémentaires Pb, As, Ba) développé autour des zones de circulation que constituent certaines failles et qui profiterait également des structures géologiques sédimentaires préexistantes, prenant ainsi une apparence d’origine sédimentaire. Les anomalies ont des formes de lentilles qui peuvent prendre pied dans les grès vosgien jusqu’aux couches intermédiaires du Buntsandstein supérieur et plus rarement jusqu’aux grès à Voltzia. Ces formations constituent les coteaux qui bordent toute la boutonnière du Wärndt, s’étendant de Sarrelouis à Sarrebrück. A l’origine géologique (hydrothermale) se superposent également des mécanismes de dissolution/reprécipitation et de colluvionnement, plus récents. La stratégie d’échantillonnage qui en découle devra faire appel à des prélèvements le long de transects recoupant les principales formations géologiques, avec un nombre de transects significativement plus élevé autour des zones de failles. Des cartes de teneurs en plomb, le long des transects, sont présentées et des zones peuvent être délimitées. Les principales voies de transfert possible du plomb du sol vers les bovidés, sont l’eau, le sol et les végétaux, ou l’ensilage consommés.