PARTIE II. H YPOTHESES SUR LES CAPACITES DE RETENTION ET D ’ EMISSION DES
1.2 Caractéristiques des matériaux de drainage et des substrats
1.2.3 Discussion : impact des structures sur la qualité des eaux
Une forte hétérogénéité des caractéristiques générales des différents matériaux
Les caractéristiques physico-chimiques générales des matériaux, comme la surface spécifique sur différentes phases granulométriques montrent l’hétérogénéité des matériaux. Les informations fournies par les fabricants expliquent cette hétérogénéité puisque les différents matériaux utilisés pour la fabrication du substrat sont souvent introduits sur des gammes granulométriques distinctes. Ainsi pour les substrats extensif et fibre de coco, la matière minérale est constituée de 75% de pouzzolane en 7-15 mm et 25% en 3-6 mm, ce qui implique que les particules > 2 mm sont essentiellement de nature organique. Le substrat semi-intensif est composé de multiples matériaux dont la terre cuite et la pouzzolane/argile expansée sur les plus grandes fractions granulométriques (3-16 mm) tandis que les plus petits grains sont composés de matériaux minéraux variés (fragments de terre cuite, ponce et scories de charbon) et organiques (compost).
Les teneurs en matière organique sont plus faibles dans le substrat semi-intensif par rapport aux substrats extensif et fibre de cocos. Le premier était pourtant destiné à accueillir une végétation pouvant en nécessiter des quantités plus importantes. Le professionnel ayant fourni le substrat avait indiqué que la teneur en matière organique y était plus importante que celle de ses substrats destinés aux toitures extensives. Ceci montre que les gammes préconisées pour différents paramètres par les Règles Professionnelles sont suffisamment larges pour que de fortes hétérogénéités soient présentes dans des substrats destinés à un même type de toitures végétalisées selon les fabricants.
Des teneurs en ETM non négligeables dans certains substrats
Aucune norme ou réglementation ne mentionne à ce jour de seuils de concentrations en ETM à respecter pour des substrats utilisés en végétalisation de toiture. Ces valeurs comparées à celles des fonds pédo-géochimiques locaux et régionaux dans des sols français (Baize, 2000 ; Sterckeman et al., 2007), sont considérées comme ordinaires, présentant une anomalie naturelle modérée puis forte. Par ailleurs, les teneurs maximales de la norme NF U44-551 relative aux supports de culture ou pour homologation des supports de culture ont également été indiquées dans la Figure 21. Les teneurs en Cu sont relativement élevées dans les trois substrats et l’argile expansée, dépassant notamment les seuils d’anomalies modérées. Par ailleurs le substrat semi-intensif dépasse également le seuil d’anomalie modérée pour Zn et les seuils d’anomalies naturelles fortes ainsi que les teneurs maximales relatives à la norme sur les supports de culture pour Cr et Ni. Le dépassement de ces
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seuils liés aux supports de culture souligne la nécessité de caractériser la qualité des substrats, les cultures potagères en toiture se développant progressivement (Nasr, 2013 ; Aubry, 2013 ; de Felipe & Briz, 2013). Les teneurs importantes en ETM identifiées dans le substrat semi-intensif pourraient provenir de sa composition intégrant notamment des matériaux recyclés comme la brique concassée ou encore les scories de charbon.
Certains ETM, comme Ni, Zn, As, Cd et Pb, sont présents en quantité non négligeables dans l’étanchéité, notamment en comparaisons des substrats. Cependant, les teneurs sont toutes inférieures aux seuils de la norme NF U44-551. Aucune ne semble donc suffisante pour démontrer un ajout spécifique de cet élément au matériau afin de lui prodiguer son pouvoir anti-racine.
Il est cependant important de rappeler que la présence d’un ETM dans un matériau n’induit pas systématiquement un rejet de celui-ci dans les eaux traversant le milieu, ce rejet dépendant en effet de la mobilité de l’élément considéré par rapport à l’eau (Tremel-Schaub & Feix, 2005) et des conditions physico-chimiques du milieu : pH et potentiel redox notamment. Les extractions réalisées ont démontré globalement une faible disponibilité de ces ETM. En outre, les teneurs totales en ETM les plus élevées n’induisent pas systématiquement les quantités extraites les plus importantes. L’extractibilité est variable pour les différents éléments et selon les différents tests réalisés. Il sera utile par la suite de comparer ces résultats à ce qui peut être observé sur les toitures réelles.
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Pistes pour la conception de toitures végétalisées aux capacités épuratoires optimisées
Il n’existe à ce jour aucune préconisation en vue de l’amélioration des capacités des substrats à retenir des polluants apportés par l’atmosphère. Il est donc pertinent de comparer les caractéristiques de ces matériaux à ce qui est conseillé dans un contexte comparable : le choix des sites d’infiltration d’eaux de ruissellement favorisant la rétention des micropolluants métalliques (Citeau, 2006). Les teneurs en matière organique sont supérieures à celles pouvant être critiques en termes de transfert de polluants dans les nappes souterraines dans les sols utilisés en infiltration pour la rétention des ETM (< 2%). Le pH élevé des substrats et en particulier de l’argile expansée favorise la rétention des ETM (Martinez & Motto, 2000 ; Bradl, 2004). En outre, plusieurs types d’oxydes de Fe et Al ont été identifiés.
Les valeurs de CEC sont dans la gamme basse voire en dessous de ce qui peut être favorable à une bonne rétention des cations positifs pour l’argile expansée. Enfin, probablement du fait de la part importante des particules de grande taille dans les substrats et l’argile expansée, la conductivité hydraulique de l’ensemble des matériaux est au-dessus des seuils préconisés pour une infiltration permettant de préserver la qualité des eaux souterraines (7-360 mm h-1). La présence de grosses particules limite également la surface spécifique disponible pour la sorption des ETM. Une attention particulière pourrait donc être portée à ces caractéristiques afin d’optimiser les capacités de rétention des matériaux de toitures végétalisées au regard de ce qui est préconisé dans le domaine de l’infiltration des eaux pluviales.
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2 Chapitre 2 : Capacité de rétention des substrats et des
drainages utilisés vis-à-vis des ETM
De multiples paramètres influencent la capacité globale d’un matériau à retenir les ETM. Pour les substrats et drainages de toitures végétalisées étudiés précédemment, certains d’entre eux semblent favorables à la rétention de ces ETM et d’autres moins. Afin d’estimer de façon plus précises les capacités de rétention spécifiques de ces matériaux pour différents ETM, il est donc nécessaire de réaliser des essais de sorption complémentaires en laboratoire.Une littérature abondante est disponible pour la caractérisation des capacités et vitesses de sorption de nombreux biosorbents à partir d’essais en batch et en colonne, techniques également appliquées à des sols et, d’une manière générale à de nombreux solides afin de caractériser leur réactivité vis-à-vis de différents solutés. Ces méthodes ont donc été appliquées aux trois substrats et deux drainages constitutifs des différentes parcelles expérimentales afin d’évaluer leur comportement par rapport à Cu et Zn, ETM les plus présents dans les dépôts atmosphériques (Sabin et al., 2005 ; Percot, 2012).