État et réactivité des matériaux de scellement des sols : quelle contribution au stockage de carbone ?

A l'échelle internationale, les menaces pesant sur les sols sont reconnues par les États et la communauté scientifique. Parmi elles, le scellement (ou imperméabilisation) des sols désigne l'action de retirer tout ou partie des horizons supérieurs du sol, et de les remplacer par un matériau imperméable lors de constructions d'infrastructures. Cette pratique réduit en particulier les échanges d'énergie et de matière au sein de la pédosphère et a des effets marqués sur leurs capacités à rendre des services écosystémiques. La désimperméabilisation des sols scellés doit alors amener à leur renaturation, restaurant ainsi des fonctions écologiques qu'ils assurent. Les sols font en outre l'objet d'un intérêt grandissant pour leur capacité à être des puits de carbone atmosphérique. Ils jouent ainsi un rôle potentiel dans l'atténuation du changement climatique. Cette thèse se situe à l'intersection entre ces enjeux. Elle propose d'étudier le devenir du carbone dans les sols scellés et descellés en répondant aux questions suivantes : Quelle surface couvrent les sols scellés, et quel stock de carbone organique possèdent-ils, en incluant l'horizon de scellement de leur profil ? Le traitement de données spatialisées d'occupation du sol pour la France a permis d'estimer à 12 409 km² la surface couverte par les sols scellés. Selon nos estimations, 92 % de ces surfaces sont scellées avec un matériau bitumineux. Le stock moyen de carbone organique aux profondeurs 0-30 et 0-100 cm a été estimé à respectivement 11,29 et 18 kgC.m⁻². Ce carbone organique, essentiellement d'origine bitumineuse, peut-il émettre du CO₂ sous l'action du rayonnement UV solaire ? Des enrobés bitumineux neufs et usagés ont été exposés à des rayonnement UV-A artificiels en conditions contrôlées et à des rayonnements naturels, en conditions semi-réelles, au sein d'enceintes de vieillissement étanches aux gaz. La quantification des gaz émis au cours du temps a révélé une production de CO₂, dépendant directement de la puissance irradiée dans l'UV-A. Les émissions mesurées sont comprises entre 0,84 mgCO₂.m⁻².h⁻¹ (9 µW.cm⁻², enrobé bitumineux usagé) et 3,26 mgCO₂.m⁻².h⁻¹ (56 µW.cm⁻², enrobé bitumineux neuf). Extrapolées à l'échelle de la France métropolitaine, ces émissions représentent 28 489 tonnes de CO₂ chaque année. Si les matériaux bitumineux constitutifs de l'horizon de scellement sont conservés sur place après descellement des sols, le carbone organique qu'ils contiennent est-il susceptible d'être (bio)dégradé ? Des incubations d'enrobé bitumineux en mélange avec des sols suggèrent qu'une faible part du carbone bitumineux semble biodégradée en contexte pédologique. En revanche, après un an dans des sols, l'enrobé bitumineux n'a pas montré d'enrichissement en composés oxydés. Les fractions plus légères (saturés et aromatiques) du bitume sont le plus susceptibles d'être impactées par un séjour dans le sol. Le compartiment biologique (plantes et eaux) peut-il être affecté par la présence de tels matériaux dans les sols ? Des tests écotoxicologiques ont montré que la présence d'enrobé bitumineux dans les sols affecte peu la germination et la croissance de plantes, n'a pas d'effet négatif sur le taux de survie d'algues d'eau douce, tout en diminuant l'activité enzymatique des sols. Enfin, quels modes de gestion des sols scellés (incluant leur descellement) permettent de maximiser leur rôle dans le service écosystémique de régulation du climat global ? En fonction des modes de gestion et du rythme de scellement et de descellement des sols, leur potentiel de stockage varie énormément sur 30 ans. Il apparaît que le principal potentiel de réduction des émissions de CO₂ provient du ralentissement voire de l'arrêt total de tout scellement de nouveaux sols, et qu'un large potentiel de séquestration de carbone serait permis par la renaturation et en particulier l'afforestation de sols après descellement.