Pollution et formes physiques des sols : érosion, sédimentation et contamination

Les formes physiques des sols ne sont pas statiques, mais elles évoluent par des processus naturels tels que l'érosion, la sédimentation et l'altération chimique. Cependant, l'activité humaine a introduit une nouvelle variable puissante : la pollution.Les polluants provenant des opérations industrielles, de l'agriculture et des centres urbains interagissent maintenant avec les processus géologiques de manière à accélérer les changements du paysage, à dégrader la qualité des sols et de l'eau et à créer des risques environnementaux à long terme.

Lorsque les polluants pénètrent dans un environnement, ils restent rarement confinés. Ils se déplacent dans l'air, l'eau et le sol, perturbant les cycles naturels qui façonnent les montagnes, les vallées fluviales, les deltas, les côtes et les plaines.Les effets peuvent être dramatiques, comme l'érosion rapide d'une colline déboisée, ou graduel, comme la lente accumulation de métaux lourds dans une plaine inondable.

Érosion et pollution

L'érosion est le processus naturel par lequel le sol, la roche et les sédiments sont usés et transportés par le vent, l'eau ou la glace. Bien que l'érosion soit une partie normale de l'évolution du paysage, la pollution peut l'accélérer de façon spectaculaire.Le principal mécanisme est l'élimination ou la dégradation du couvert végétal, qui ancre normalement le sol en place et réduit l'impact des gouttes de pluie et du vent.

Comment la pollution accélère l'érosion

Les émissions industrielles, comme le dioxyde de soufre et les oxydes d'azote, peuvent diminuer sous forme de pluie acide. Les pluies acides, qui endommagent le feuillage végétal, réduisent la densité et la santé de la végétation, réduisent la structure du sol, ce qui facilite la migration de l'eau et du vent.

La pollution chimique due à l'agriculture, y compris l'azote à forte concentration et le ruissellement du phosphore, peut également favoriser indirectement l'érosion.Les nutriments excessifs causent la prolifération des algues dans les plans d'eau, mais sur terre ils peuvent modifier la chimie du sol, tuer les microorganismes bénéfiques et réduire la structure du sol.

Études de cas d'érosion induite par la pollution

L'érosion des collines entourant les activités minières à ciel ouvert est un exemple bien documenté. L'exploitation minière libère des métaux lourds et un drainage acide qui contaminent le sol et tuent la végétation.Dans la région des Appalaches, aux États-Unis, l'extraction des sommets de montagne a désemparé les forêts et laissé de vastes zones de roches et de débris nus.

L'urbanisation entraîne également l'érosion par la pollution d'un autre genre. Des surfaces impervieuses, comme les routes et les parcs de stationnement, accumulent des polluants tels que le pétrole, les métaux lourds et le sel de la route. Lorsque la pluie tombe, ces polluants sont rapidement lavés dans les drains de tempête et les voies navigables naturelles. L'augmentation du volume et de la vitesse des eaux pluviales s'écoulent sur les rives et les lits des cours d'eau, provoquant une érosion des rives qui peut élargir les canaux et modifier la dynamique des plaines inondables.

Les déversements d'hydrocarbures enrobent les rives et tuent les herbes des marais salants qui piègent les sédiments et les vagues tampons. Après la marée noire de Deepwater Horizon dans le golfe du Mexique, les chercheurs ont documenté l'érosion accélérée des bords des marais dans les zones polluées par le pétrole comparativement aux sites non pollués, car le pétrole a tué les systèmes racinaires qui retiennent le sol.

La sédimentation et sa perturbation

La sédimentation est le processus par lequel les matériaux érodés s'installent à partir d'un milieu de transport, comme l'eau ou le vent, et s'accumulent pour former de nouvelles formes de terre. Les deltas, les ventilateurs alluviaux, les plaines inondables et les plaines côtières sont tous construits par sédimentation au cours de la période géologique.

Chargement des eaux de ruissellement et des sédiments urbains

Les eaux de ruissellement urbaines ne font pas que transporter des polluants; elles transportent également de grands volumes de sédiments provenant des chantiers de construction, des érosions des routes et des sols exposés dans les parcs et les cours d'eau. Ces sédiments excédentaires, souvent appelés « pollution par les sédiments », sont les polluants les plus courants en volume dans de nombreuses voies navigables. Une fois dans les cours d'eau, ils s'installent dans des zones à faible énergie comme les bassins, derrière les barrages et dans les deltas.

La pollution des sédiments nuit également à la vie aquatique en couvrant les graviers de fraye, en réduisant la pénétration de la lumière et en étouffant les organismes benthiques. Environmental Protection Agency (EPA) identifie les sédiments comme une cause principale de déficience dans les rivières et les lacs des États-Unis.

L'impact sur les deltas et les plaines inondables

Les deltas sont particulièrement sensibles aux changements de sédimentation dus à la pollution. Les deltas forment des rivières qui déposent des sédiments dans un plan d'eau permanent comme un lac ou un océan. Ces sédiments sont riches en nutriments qui soutiennent les milieux humides et l'agriculture.

Par exemple, le delta du Mississippi reçoit des sédiments provenant d'un vaste bassin de drainage qui comprend des zones industrielles, des régions agricoles et des centres urbains. Les sédiments qui atteignent le delta contiennent souvent des résidus de pesticides, d'engrais et de produits chimiques industriels. Ces contaminants s'accumulent dans les sols et les milieux humides du delta, ce qui affecte la croissance des plantes et la reproduction de la faune.

Les plaines inondables sont également touchées. Pendant les inondations, les rivières débordent et déposent des sédiments à grains fins dans la plaine inondable. Ce processus naturel construit des terres agricoles fertiles. Cependant, lorsque ces sédiments sont contaminés, la plaine inondable entière devient un site contaminé. Aux Pays-Bas, par exemple, des décennies de rejets industriels dans le Rhin ont causé l'accumulation de métaux lourds dans les sols des plaines inondables.

Contamination des reliefs

La contamination survient lorsque des polluants sont déposés sur une forme terrestre ou dans une forme terrestre, ce qui modifie ses propriétés physiques et chimiques.Les contaminants peuvent provenir de sources ponctuelles, comme un tuyau de décharge d'usine, ou de sources non ponctuelles, comme le ruissellement agricole.

Métaux lourds et dégradation des sols

Les métaux lourds, y compris le plomb, le cadmium, le mercure et l'arsenic, sont parmi les polluants les plus persistants dans les sols. Ils proviennent de l'exploitation minière, de la fusion, des déchets industriels et de l'utilisation historique de l'essence et de la peinture au plomb.

La contamination par les métaux lourds modifie également les propriétés physiques du sol. De fortes concentrations de métaux peuvent inhiber l'activité des bactéries et des champignons du sol qui décomposent la matière organique et forment des agrégats du sol. Sans ces microorganismes, la structure du sol se détériore, réduisant la porosité, l'infiltration d'eau et la pénétration des racines.

Selon l'Organisation mondiale de la Santé (OMS), l'exposition à long terme à des sols et à l'eau contaminés par l'arsenic est un problème de santé publique majeur qui touche des millions de personnes dans le monde.

Stabilité des déchets industriels et des formes terrestres

Les déchets industriels peuvent modifier physiquement les formes de terre en changeant leur capacité de charge ou en créant des formes de terre dangereuses. Les pieux de résidus miniers, par exemple, sont des collines artificielles de roches concassées mélangées avec des produits chimiques de procédé.Ces pieux sont souvent instables et sujets à l'érosion, à la rupture de pentes et à un effondrement catastrophique.La catastrophe du barrage de Brumadinho au Brésil en 2019 a entraîné l'échec d'un barrage de résidus qui a libéré une vague de boue contaminée contenant des résidus de minerai de fer et des métaux lourds.

Les décharges sanitaires modernes sont conçues pour isoler les déchets, mais les décharges plus anciennes sont souvent débordées et permettent le lixiviat de se percoler dans le sol et les eaux souterraines sous-jacents. Le lixiviat est un liquide hautement pollué qui peut contenir des métaux lourds, des solvants, des pathogènes et des sous-produits de décomposition. Lorsque le lixiviat pénètre dans une colline ou une vallée, il peut faire du temps chimiquement la roche et le sol, affaiblir la forme terrestre et, dans certains cas, déclencher des glissements de terrain.

Produits chimiques agricoles et effets à long terme

L'agriculture dépend du sol comme ressource vivante, mais l'utilisation intensive d'engrais synthétiques, de pesticides et d'herbicides peut dégrader cette ressource au fil du temps. L'excès d'azote provenant du ruissellement des engrais provoque l'acidification du sol, qui libère des ions d'aluminium toxiques pour les racines des plantes.

Les pesticides et les herbicides peuvent persister dans le sol pendant des années, tuant des insectes bénéfiques, des vers de terre et des microbes.Cette contamination biologique réduit le taux de décomposition de la matière organique, essentielle au maintien de la structure du sol et du cycle des nutriments.

La salinisation est une autre forme de contamination liée à l'irrigation et à l'utilisation des engrais. Les sels s'accumulent dans le sol lorsque l'eau d'irrigation s'évapore, laissant derrière eux des minéraux dissous. Les niveaux élevés de sel font que les particules d'argile se flocent, ou se collent ensemble, de manière à détruire la structure du sol. Le sol devient dur et imperméable lorsqu'il est sec, collant et inutilisable lorsqu'il est humide.

Le cycle interdépendant de la pollution et du changement de forme terrestre

La pollution affaiblit la végétation et la structure du sol, accélérant l'érosion. Les sédiments érodés transportent des contaminants dans les rivières et les zones de dépôt, où ils accumulent et contaminent les plaines inondables, les deltas et les estuaires. Ces sédiments contaminés dégradent encore davantage la vie des plantes et des animaux, réduisant ainsi la couverture végétale future et rendant le paysage encore plus vulnérable à l'érosion.

Ce cycle a des répercussions importantes sur le changement climatique.Lorsqu'il élimine le sol, le carbone stocké dans ce sol est rejeté dans l'atmosphère sous forme de dioxyde de carbone.Les sédiments contaminés déposés dans des réservoirs réduisent la capacité de stockage de l'eau et augmentent le risque d'inondation.La perte de sol fertile réduit la productivité agricole, obligeant les agriculteurs à utiliser davantage d'intrants chimiques, ce qui aggrave le cycle de pollution.

Dans les zones côtières, le cycle est particulièrement aigu : la pollution des sources terrestres s'écoule dans l'océan et endommage les herbes marines et les récifs coralliens, qui sont des obstacles naturels à l'érosion. À mesure que ces écosystèmes meurent, les côtes deviennent plus exposées aux vagues et aux ondes de tempête, accélérant l'érosion côtière.

Stratégies d ' atténuation et d ' assainissement

Pour faire face au changement de forme des terres dû à la pollution, il faut combiner le contrôle des sources, l'assainissement et la restauration. Le contrôle des sources signifie en premier lieu réduire la quantité de polluants qui pénètrent dans l'environnement, notamment en renforçant les règlements sur les rejets industriels, en améliorant la gestion des eaux pluviales en milieu urbain et en adoptant des pratiques agricoles durables, comme l'application d'engrais de précision et des bandes tampons riveraines pour capturer les eaux de ruissellement agricoles avant qu'elles n'atteignent les voies navigables.

Pour la contamination des métaux lourds, des techniques telles que le lavage des sols, la phytorestauration et l'immobilisation avec des modifications comme le biochar ou la chaux peuvent réduire la biodisponibilité et restaurer certaines fonctions du sol. En cas de contamination grave, l'excavation et l'élimination du sol contaminé peuvent être nécessaires, bien que cela soit coûteux et qu'il y ait simplement transfert du problème ailleurs.

La restauration des terres sujettes à l'érosion est axée sur le rétablissement de la végétation. La végétation avec des espèces indigènes adaptées au climat et aux conditions du sol contribue à stabiliser les pentes et à réduire les taux d'érosion.Dans les zones côtières, la restauration des marais et des mangroves salants peut piéger les sédiments, stabiliser les rives et absorber l'énergie des vagues.

La gestion des sédiments dans les rivières et les réservoirs exige un équilibre entre la nécessité de contrôler les inondations et d'assurer un approvisionnement en eau propre et le régime de transport naturel des sédiments. L'enlèvement des barrages est de plus en plus reconnu comme un moyen de rétablir l'écoulement naturel des sédiments dans les deltas et les plaines inondables en aval. L'enlèvement du barrage d'Elwha dans l'État de Washington a permis de libérer des décennies de sédiments piégés, de reconstruire le delta et de restaurer l'habitat.

Conclusion

La pollution n'est pas seulement un problème de qualité de l'air et de l'eau, elle est un moteur profond du changement physique du paysage. En accélérant l'érosion, en perturbant les schémas de sédimentation et en contaminant les sols et les sédiments, les polluants d'origine humaine modifient la forme et la fonction même de la surface de la terre. Des collines acidifiées des régions minières aux plaines inondables de l'Asie du Sud lactées par l'arsenic, les empreintes de pollution sont visibles dans les paysages du monde entier.