Gestion des sédiments contaminés en milieux aquatiques

Les sédiments contribuent au bon fonctionnement écologique des milieux aquatiques et au maintien de la biodiversité. Par nature, ils stockent de nombreux contaminants chimiques, de façon plus ou moins permanente. Pour mieux gérer ces sédiments contaminés dans le milieux aquatiques comme à terre, un certains nombre de connaissances et d'outils sont nécessaires pour suivre les évolutions, évaluer la dangerosité et limiter les impacts.

Cette page regroupe l’ensemble des travaux de l’Office français de la biodiversité (OFB) menés dans le cadre de ses partenariats de recherche, afin de :

  • connaître les évolutions spatio-temporelles des principales substances chimiques associées,
  • comprendre leur mécanisme de transfert vers les biotes aquatiques,
  • disposer d’un référentiel méthodologique pour évaluer leur dangerosité : le potentiel écotoxique. 

Les sédiments : un compartiment de stockage des polluants chimiques

Les sédiments sont une composante essentielle des milieux aquatiques. Ils contribuent à leur bon fonctionnement écologique et au maintien de la biodiversité (rôle d’habitat et de site de ponte pour de nombreuses espèces benthiques). Le compartiment sédimentaire joue également un rôle clé dans de nombreuses fonctions écologiques, telles que la minéralisation de la matière organique, la dégradation des polluants ou la production de biomasse.

Sédiments, le Verdon (Christian Peuget, OFB)

Le Grenelle de l’Environnement a souligné la nécessité d’une amélioration de la gestion des sédiments. Il est en effet nécessaire de limiter l’impact des travaux de dragage et de la gestion à terre des sédiments extraits sur la qualité des milieux récepteurs.

Les sédiments sont des récepteurs naturels pour certains contaminants qui s’y accumulent avec le temps, notamment ceux présentant une forte affinité pour la matière organique sédimentaire :

  • les éléments traces métalliques,
  • les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP),
  • les polychlorobiphényles (PCB),
  • les dioxines et les furanes (PCDD/F),
  • les pesticides organochlorés (DDT et produits de dégradation),
  • les retardateurs de flamme bromés (RFB).

Le compartiment sédimentaire représente donc un puits naturel de contaminants. Cette "réserve" peut se transformer en source lors d’épisodes de remise en suspension, de différentes origines :

  • physique : crues, chasses, curages…,
  • biologique : bioturbation,
  • ou en cas de désorption ou de solubilisation des contaminants induite par des modifications physico-chimiques à l’interface eau-sédiment.

Rotodévaseur, technique de curage par agitation qui remobilise et disperse les sédiments dans le milieu aquatique, estuaire de la Gironde (François Colas, OFB)

Les substances chimiques associées aux sédiments peuvent présenter, selon les conditions de biodisponibilité, un danger pour les communautés biologiques inféodées au compartiment sédimentaire, comme les communautés benthiques. Elles peuvent exercer une toxicité directe sur ces organismes, mais également pour l’ensemble des organismes de la colonne d’eau via leur transfert dans les réseaux trophiques, par des processus de bioaccumulation et de bioamplification. La contamination des sédiments par des substances chimiques peut ainsi, dans certains cas, compromettre l’atteinte du bon état écologique des masses d’eau (directive cadre sur l’eau).

La gestion des sédiments : une nécessité pour certaines activités humaines

Les sédiments interfèrent parfois avec les usages de l’eau et des milieux aquatiques. Tout en maintenant les fonctionnalités écologiques des cours d’eau, leur gestion est essentielle afin de garantir :

  • certaines activités socio-économiques : navigation, production d’énergie hydroélectrique, etc.,
  • la sécurité des populations riveraines : prévention des risques inondation et crue.

Evaluation environnementale et gestion des sédiments des milieux aquatiques

Les options de gestion s'effectuent :

  • dans la voie d’eau avec remise en suspension des sédiments,
  • ou à terre avec la mise en dépôt des sédiments ou leur valorisation.

La plupart des opérations ne peut être envisagée que si les sédiments ne constituent pas un danger pour l’environnement et pour les organismes du milieu récepteur. Cela implique de pouvoir évaluer ce danger potentiel avant toute opération.

1 - Évaluer la qualité des sédiments

Le compartiment sédimentaire n’est pas directement pris en compte dans l’évaluation « réglementaire » de l’état chimique des masses d’eau. Par exemple, il n’existe pas de normes de qualité environnementale spécifiques au sédiment définies dans la directive-fille « NQE ». La directive cadre sur l’eau (DCE) impose cependant le contrôle des sédiments à une fréquence régulière afin de fournir des données suffisantes à une analyse de tendance à long terme de substances prioritaires s’accumulant dans ce compartiment.

Évaluer les tendances de la contamination des sédiments

Dans le cadre de son partenariat avec l’OFB, le consortium Aquaref a recensé les principales techniques de prélèvement et de prétraitement des sédiments, et des méthodes d’exploitation des données pour l’évaluation des tendances spatiales et temporelles de leur contamination chimique. Une méthodologie proposée par Aquaref pour évaluer les tendances temporelles de contamination en micropolluants organiques et en métaux a été appliquée sur plusieurs jeux de données de surveillance portant sur des sédiments de surface (dépôts de sédiments sur le lit mineur), à partir de différentes études de cas (en termes de familles de substances, longueur des chroniques et possibilités de normalisation des données).

Établir un diagnostic de la contamination des sédiments

Les contaminants chimiques et les nutriments (azote, phosphore) présents en excès dans les sédiments peuvent altérer les valeurs d’un ou plusieurs « éléments de qualité biologique » (macrophytes et/ou phytoplancton, invertébrés, poissons) et ainsi compromettre l’atteinte du bon état écologique. Dans les situations où la contamination du sédiment est suspectée d’être à l’origine du déclassement en mauvais état d’un site, un diagnostic est nécessaire pour comprendre et confirmer la nature du problème et orienter les mesures de gestion appropriées.

Une démarche de diagnostic en plusieurs étapes

  1. Comparaison des concentrations en contaminants chimiques mesurées dans la matrice sédimentaire à des critères de qualité spécifiques aux sédiments pour évaluer la dangerosité de ces derniers, et identifier et prioriser des sites présentant des niveaux de contamination des sédiments pouvant constituer une menace pour la faune aquatique.
  1. Approche des éléments de preuve (weight of evidence) combinant analyses chimiques, bioessais sur des organismes modèles et observations de terrain au niveau des communautés pour évaluer les effets toxiques et l’impact réels des contaminants associés au sédiment. 
    Il s’agit de tenir compte de l’ensemble des substances chimiques présentes dans les sédiments, de leur biodisponibilité, et des effets de leurs interactions (en allant, le cas échéant, jusqu’à l’identification des toxiques responsables des effets observés à l’aide d’approches de type EDA, analyse chimique dirigée par l’effet).

Approche Triade, basée sur 3 lignes de preuves successives pour l’évaluation de la qualité des sédiments (d’après SedNet 2004, Contaminated sediments in European river basins)

  • Guide pour l’évaluation de la dangerosité des sédiments contaminés en eau douce - Une démarche graduée pour estimer le danger

    • Guides et protocoles

    Ce guide propose une démarche permettant d'évaluer le danger potentiel relatif aux sites d'accumulation de sédiments d'eau douce continentale (ouvrages et voies navigables), notamment en amont de travaux ou d'opérations susceptibles d'impliquer un curage, un dragage ou une remise en mouvement de sédiments potentiellement contaminés. Il est également adapté au diagnostic des causes de déclassement en mauvais état d'un site lors de suivi de qualité dans un contexte DCE.

Évaluer le potentiel écotoxique des contaminants chimiques présents dans les sédiments à l’aide de critères de qualité spécifiques

Évaluer les effets combinés des contaminants chimiques présents dans les sédiments à l’aide d’essais biologiques (bioessais) et évaluer les impacts sur les communautés benthiques

Évaluer la qualité hydromorpho-sédimentaire

    2 - Évaluer et limiter l'impact des opérations, travaux et chantiers en milieux aquatiques

      • Travaux en cours d'eau - Bonnes pratiques en phase chantier

        • Méthodes et techniques

        Pour prendre en compte les enjeux écologiques dans les chantiers réalisés directement en milieu aquatique et donc anticiper et réduire certains impacts prévisibles, cet ouvrage permet d’acquérir les connaissances, la compréhension et les éléments techniques indispensables à la programmation et à la conduite des types de chantiers traités. 

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      • Bonnes pratiques environnementales - Protection des milieux aquatiques en phase chantier

        • Guides et protocoles

        Depuis deux ans, l’AFB, le Cerema, le MTES, le bureau d’études Biotope et de nombreux acteurs des travaux publics ont engagé une réflexion sur les moyens d'éviter et de réduire l’impact des chantiers sur les milieux aquatiques et humides. Ce guide technique qui en résulte présente les «bonnes pratiques environnementales», en capitalisant les nombreux retours d’expériences disponibles.

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      Opérations de dragage (ou extraction) des sédiments

      De nombreux cours d’eau, canaux, estuaires et ports sont sujets à des accumulations importantes de sédiments en raison notamment de modifications hydromorphologiques. Afin de maintenir ou développer les activités de navigation et d’aménagement des berges, des opérations de dragage sont régulièrement menées. Cependant leur impact sur le compartiment sédimentaire s’avère non négligeable, car elles peuvent remobiliser certains contaminants chimiques ayant tendance à s’y accumuler.

      Une campagne exploratoire de mesure de l’impact d’une opération de dragage mécanique sur le canal de Lens (Pas-de-Calais) a permis de recueillir des données qui tendent à montrer un effet du dragage des sédiments sur une distance non-négligeable du linéaire se traduisant à la fois par :

      • une dégradation de la qualité physico-chimique des eaux (diminution du taux d’oxygénation, augmentation des concentrations en ion ammonium),
      • et par la remobilisation de certains contaminants hydrophobes présents dans les sédiments (par exemple retardateurs de flamme bromés).

      Prélèvement de sédiments à l’embouchure de l’estuaire de la Somme, par les agents du parc naturel marin des Estuaires picards et de la mer d'Opale pour la campagne Émergents nationaux/Ineris (Grégory Engelbrecht, 2018, OFB)

      Des fiches de bonnes pratiques ont été élaborées pour limiter l’impact des opérations de dragage en milieu continental et surveiller leurs effets sur la qualité des milieux.

      3 - Gérer à terre les sédiments extraits

      Afin de préserver les milieux aquatiques, les sédiments trop fortement contaminés (au titre de la réglementation en vigueur) ne peuvent être remis en suspension dans le milieu et doivent donc être gérés à terre. La majorité des tonnages ainsi gérés sont envoyés en centre de stockage des déchets. Pour autant que les sédiments ne soient pas classés comme dangereux (au sens de la règlementation sur les déchets), différentes filières de valorisation sont envisageables. Dans un état de l’art des connaissances et des pratiques en matière de gestion à terre des sédiments (traitement, stockage et valorisation) réalisé en 2014, l’Ineris a recensé les filières de valorisation et leurs procédés de traitement, et mis en avant les verrous techniques et méthodologiques limitant leur mise en œuvre à une échelle industrielle.

      Dans une démarche de consolidation des bonnes pratiques en la matière, l’Ineris apporte des connaissances nouvelles sur le comportement à long terme de ces matériaux complexes que sont les sédiments, et sur leur capacité à piéger ou relâcher leurs contaminants dans les conditions de leur valorisation à usage de matériaux routiers.

      Aller plus loin

        • Surveiller les contaminations chimiques des milieux aquatiques

          • Accompagnement technique & financier
          • Connaissances, données & diagnostics

          Le suivi des contaminants et pollutions, renforcé à travers les programmes de surveillance de la DCE, requiert des précautions drastiques. Les besoins : exercer une surveillance prospective via des réseaux de sites, fiabiliser la mesure, développer des outils, améliorer les connaissances.

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        • Évaluer les pressions et impacts polluants dans les masses d'eau

          • Pollutions & contaminants
          • Accompagnement technique & financier

          Identifier l'état des masses d'eau, et donc évaluer les pressions et leurs conséquences précises, passe par l'interprêtation des données de surveillance, en rapport à des normes ou indicateurs de qualité.

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