III.1.Une forte variabilité verticale (variabilité entre couches)
La distribution des éléments le long du profil du Technosol révèle une forte variabilité verticale de la
composition élémentaire. Chaque couche est caractérisée par une composition particulière et les
teneurs en certains éléments peuvent être très contrastées entre les couches. La variabilité des
teneurs en éléments majeurs le long du profil est plus ou moins marquée selon les éléments (Figures
13 et 14). Si certains, tels Al ou Mg, semblent répartis de manière homogène le long du profil (avec un
coefficient de variation sur les 12 couches inférieur à 25 %), d’autres, tels Sn, Pb, N, S, Zn, Fe, Mn ou
Ba, montrent de fortes variations de teneurs selon les couches, et ce, même entre des couches
consécutives. Ainsi, les concentrations en Mn passent de 21 g.kg
-1dans la couche 11 (65-68 cm) à 341
g.kg
-1dans la couche 12 (68-82 cm) tandis que les teneurs en Pb varient de 109 g.kg
-1dans la couche
16 (93-112 cm)à 5 g.kg
-1dans la couche 18 (112-134 cm).
III.2.Variabilité latérale (variabilité à l’intérieur des couches)
La variabilité latérale (à l’intérieur d’une couche) diffère selon les éléments et selon les couches.
Elle a été appréciée pour l’horizon de surface et la couche 16.
Pour l’horizon de surface, cinq analyses élémentaires ont été effectuées sur des prélèvements
réalisés à deux dates distinctes (une en mai 2010 et quatre en novembre 2011) sur le pourtour de la
fosse B (chapitre 2). Le coefficient de variation (CV) calculé sur ces analyses est inférieur à 20 %
pour la plupart des éléments dosés. Certains éléments tels que Cd et Bi sont présents en plus fortes
concentrations dans les analyses de mai 2010 (Tableau 3).
Pour la couche 16, la composition élémentaire a été déterminée pour trois prélèvements distincts
(janvier 2010, mai 2010 et novembre 2011). Des éléments montrent des CV très faibles (0,7 %
pour Sb), attestant d’une certaine homogénéité de la composition au sein de la couche. Mais de
nombreux éléments ont un CV supérieur à 50 % en raison des teneurs plus élevées lors du dosage
de mai 2010 (Tableau 3). Cependant, la plupart de ces éléments, excepté Ba, Ni et V sont présents
en concentrations relativement faibles et donc d’autant plus soumis aux incertitudes de mesure, qui
peuvent se rapprocher de 25 % pour certains éléments présents en faible quantité (SARM).
96
D’autre part, la couche 16 présente une forte variabilité morphologique (alternance de couches
ocres et noires, revêtements noirs), ce qui pourrait expliquer en partie la variabilité de la
composition à l’intérieur de cette couche.
Tableau 3 : Variabilité latérale de la composition élémentaire pour l’horizon de surface et la couche 16
horizon de surface (0-18 cm) couche 16 (93-112 cm)
CV < 10 % Eu, Ga, Ca, Be, U, La, Pr, Ce, Al, Si,
Nd, Sm, Sr, Hf, Rb, Yb, Nb
Sb, Si, Sn, Cu, Eu, Mg, Al, K, Cs,
Yb
10 % < CV < 20 % Tm, Tb, Ni, Zr, Co, Gd, Mg, Dy, Ti,
Cr, Y, Cs, Lu, Ho, Fe, Er, V, P, Th,
W, K, Cu, Ba, Sb, Mn
Rb, Zn, Fe, As, Sr, Pb, Sm, W, Ga,
Mn, Cr
20 % < CV < 50 % In, Zn, Na, Pb, Sn, As, Ge, Mo, Ta Ca, Be, P, Cd, Bi, Ge
50 % < CV < 100 % Cd Ba, La, Ce, Co, Tm, Ni, Pr, Mo, Hf,
Nd, Ti, Th, Zr
CV > 100 % Bi Nb, U, Tb, Dy, Gd, Ho, Y, Er, Lu,
Ta, V
Pour chaque élément, le coefficient de variation (CV) est calculé comme le rapport de l’écart-type sur la moyenne, ces deux
grandeurs étant calculées sur les différentes analyses (n=5 avec 2 dates de prélèvement s pour l’horizon de surface et n=3
avec 3 dates de prélèvement pour la couche 16).
III.3.Distribution des éléments le long du profil du Technosol
III.3.1. Répartition selon la profondeur
Les distributions élémentaires ne révèlent pas de tendance marquée en fonction de la profondeur.
Cependant, les couches les plus profondes sont plus chargées en Zn, S, B, Bi, In, Ag, Se. Les teneurs
en S, B et Bi sont significativement corrélées avec la profondeur (corrélation de Spearman, r
s=0,83
et p=0,001 pour S, r
s=0,65 et p=0,02 pour B et r
s=0,59 et p=0,05 pour Bi) (annexe 1-2).
Les profils élémentaires montrent un enrichissement de l’horizon de surface en C, Fe, P, N, Cl, Cr,
Co, Th et Nb (Figures 13 et 14). Ce comportement est confirmé par le calcul du facteur
d’enrichissement dans l’horizon de surface par rapport aux couches sous-jacentes (Tableau 4).
Tableau 4 : Enrichissement et appauvrissement de l’horizon de surface par rapport aux couches
sous-jacentes
facteur
d’enrichissement par rapport à la couche 2 (18-26 cm)
par rapport à la moyenne
des 11 couches (2 à 24)
app
auvri
ss
em
en
t
en sur
face
FE ≤ 0,5
Na, Pb, K, Sb, Rb, Zn
Mn, Ba, Sn, Ta, Cd, W, S, Zn, Sr,
Li, Bi, Mo, Pb, Sb, K, B, Ag, As
0,5 < FE < 0,9
Mo, Sn, Cd, Mg, Cs, Si, Al, Bi,
Cu, Li, Sr, Cd, Se, Ga, In, B, F,
Ba
Se, Cs, Ga, U, La, Rb, Cu, In, Mg,
Ca, Si, Al, Pr, Ce, V, Nd
sans effet 0,9 ≤ FE ≤1,1 Sm, Yb, Eu, La, S, Ce, Ge, W,
V, Pr, U, Ti, Nd, Tm
Ho, Eu, Er, F, Ni, Lu, Y, Gd, Sn,
Na, Tb, Yb, Tm
enri
ch
is
se
m
ent
en sur
face
1,2 ≤ FE ≤ 2 Ta, Nb, Gd, Ho, Er, As, Lu, Tb,
Y, Th, Fe, Mn, Hf, Zr, Co, P
Ge, Ti, Cl, Zr, Hf
FE > 2
C, Cl, Cr, Ni, Be, N, Hg
Hg, Be, P, C, Nb, Co, Th, Fe, Cr,
N
97
Figure 13 : Distribution des teneurs totales en éléments majeurs (éléments dont la teneur moyenne est supérieure à 1 g.kg
-1de sol sec) le long du profil pour
98
Figure 14 : Distribution des teneurs totales des principaux éléments traces (éléments dont la teneur moyenne est inférieure à 1 g.kg
-1de sol sec) le long du profil
pour 12 couches du Technosol
99
III.3.2. Discrimination des couches selon leur composition
Si les différentes couches étudiées le long du profil semblent avoir une composition spécifique,
certaines présentent des similitudes et peuvent être regroupées selon leur composition. Les teneurs en
63 éléments permettent de distinguer trois groupes de couches (Figure 15.a.) :
les couches 9, 12, 14 et 18 riches en Mn, en alcalins (Mg, K, Ba, Sr, Li)et enAs, W et Be. La
couche 19 peut être rattachée à ce groupe malgré ses teneurs relativement faibles en Mn mais non
négligeables en alcalins (Ba, Sr, Mg) ;
l’horizon de surface et la couche sous-jacente (1 et 2) enrichisen Fe, C, P, N, Ti, Na, Cl, Cr, Zr,
Co, Sm, Th, Yb, Be, Ge, Nb et Hf ;
les couches 11, 16, 22, 23 et 24 caractérisées par de teneurs relativement élevées en métaux, tels
que Pb, Zn, Sn, Cu, Sb, Ni, Ti, V, Cd, Bi et en certaines Terres rares (Ce, Y, La, Nd, Pr, Dy, Gd,
Er, Tb, Lu et Ho). Leur composition compte de grandes proportions de Si et Ca même si les
compositions des couches 16 et 22 restent dominées par Mn et que la couche 23 est riche en Fe. La
couche16 se distingue par ses teneurs très élevées en Pb, Cu, Sn et Sb tandis que les couches 11 et
23 sont plutôt enrichis en V, Ni, Cd, Ti, Mo, Hf, Hg et en Terres rares.
Figure 15 : Discrimination des couches du Technosol selon leur composition élémentaire : (a) classification
ascendante hiérarchique (CAH) réalisée sur 63 éléments et (b) analyse en composantes principales (ACP)
réalisée sur les éléments majeurs
La CAH a été réalisée sur la composition élémentaire (63 éléments) des 12 couches du Technosol en prenant le coefficient de
corrélation de Spearman comme indice de similarité et le lien moyen comme méthode d’agrégation. Le dendogramme montre
3 groupes de couches principaux (C1, C2 et C3) et des sous-groupes.
L’ACP a été réalisée sur les éléments majeurs (teneur moyenne supérieure à 1g.kg
-1) (16 éléments) des 12 couches du
Technosol en se fondant sur la matrice de corrélation de Spearman. Les axes F1 et F2 expliquent 58 % de la variance. Les
groupes de couches définis par rapport à la structure sont reportés (horizon de surface, groupes 1 et 2) sur la projection des
couches dans le plan F1-F2. Le cercle des corrélations indique les corrélations entre les éléments et les axes (annexe 1-2).
groupe 1
horizon de surface
groupe 2
(a)
100
Par rapport aux groupes de couches définis par rapport à la structure (chapitre 1-1), la répartition des
éléments majeurs permet de les distinguer (Figure 15.b.) :
l’horizon de surface a une composition dominée par Fe et riche en P, C, N et F ;
les couches du groupe 2 (9, 12, 14, 18, 22) ont une composition dominée par Mn et riche en Ba
pour certaines couches ;
les couches du groupe 1 (2, 11, 23, 19, 23 et 24) ont une composition plus hétéroclite dominée par
Fe pour les couches 2 et 23, par Si et Ca pour les couches 11, 19 et 24. Elles sont riches en
métaux, Pb, Zn, Sn.
La couche 16, qui appartient au groupe 2 sur des critères morphologiques, a une composition
intermédiaire dominée par Mn, comme celles du groupe 2 mais avec de très fortes teneurs en Pb et
Sn et des teneurs assez élevées en Fe, qui la rapproche de la composition du groupe 1.
Dans le document
Formation, fonctionnement et évolution d'un Technosol sur des boues sidérurgiques
(Page 107-112)