Lixiviat : poison lent des décharges sur les nappes

Que se passe-t-il quand l'eau de pluie traverse une montagne de déchets enfouis, puis continue son chemin vers la nappe phréatique en dessous ? La réponse tient en un mot que mes étudiants découvrent souvent avec une grimace : le lixiviat. Ce liquide brunâtre, chargé de polluants accumulés au contact des ordures, pose un problème environnemental tenace. Sa production peut durer plusieurs siècles après la fermeture d'une décharge. Plusieurs siècles. La nuance est importante ici : on ne parle pas d'une pollution accidentelle qui se résorbe, mais d'un mécanisme continu qui survit à ceux qui l'ont créé.

La directive européenne 1999/31/CE définit le lixiviat comme "tout liquide filtrant par percolation des déchets en décharge et s'écoulant d'une décharge ou contenu dans celle-ci". Derrière cette formulation administrative se cache un processus chimique en trois temps que je détaille systématiquement en cours, parce qu'il permet de comprendre pourquoi le problème ne se résout pas tout seul.

La percolation, point de départ#

L'eau de pluie s'infiltre dans la masse de déchets par gravité, exactement comme elle traverserait un sol naturel. Sauf qu'ici, le sol est composé de plastiques, de matières organiques en décomposition, de métaux, de textiles, de produits chimiques domestiques et industriels. Chaque goutte qui descend à travers ce mille-feuille de déchets dissout les composés solubles qu'elle rencontre. C'est l'extraction chimique : un lessivage lent, méthodique, que rien n'arrête tant que l'eau circule.

La troisième étape est biologique. Les micro-organismes présents dans la masse de déchets dégradent la matière organique, ce qui accélère la solubilisation de composés qui seraient restés inertes autrement. Et ce processus de dégradation bactérienne peut perdurer plusieurs siècles, selon les conditions du site.

Le cas particulier de la remontée de nappe#

L'étude de la décharge de Mauves-sur-Loire, en Loire-Atlantique, a mis en évidence un phénomène aggravant : dans certaines configurations géologiques, la nappe alluviale remonte dans la masse de déchets. L'échange devient alors bidirectionnel, pas seulement une descente de l'eau de pluie vers la nappe, mais aussi une remontée de la nappe dans les déchets. Concrètement, cela signifie que la nappe se contamine par le haut et par le bas simultanément.

Ce qui rend le lixiviat particulièrement dangereux, c'est la diversité de ce qu'il transporte. On identifie quatre grandes familles de contaminants, et c'est cette combinaison qui pose problème, pas un polluant isolé.

La matière organique constitue la première famille : acides gras volatils, acides carboxyliques, dérivés phénoliques, acides aminés. C'est elle qui donne au lixiviat sa couleur brunâtre caractéristique et son odeur. Elle se mesure par la DBO (demande biochimique en oxygène) et la DCO (demande chimique en oxygène), deux indicateurs que je détaille plus bas parce qu'ils révèlent quelque chose de contre-intuitif sur l'âge des décharges.

Les micropolluants organiques forment la deuxième famille : pesticides, tensioactifs, solvants halogénés, HAP (hydrocarbures aromatiques polycycliques). Et depuis quelques années, on y ajoute les contaminants émergents, les PFAS en tête, ces composés perfluorés que l'on retrouve partout et qui résistent à toutes les formes de dégradation connues. Sur la décharge de Mauves-sur-Loire, les chercheurs ont caractérisé 19 substances dans le lixiviat, dont des résidus pharmaceutiques et du bisphénol A. Ce dernier migre facilement à travers les alluvions, contrairement aux métaux lourds qui restent piégés entre les grains de sable. La distinction est fondamentale pour comprendre ce qui arrive effectivement dans les cours d'eau en aval. Pour mieux comprendre comment ces substances interagissent avec les organismes vivants, je renvoie à l'article sur les xénobiotiques et leur dégradation dans les écosystèmes.

Les composés minéraux ioniques (ammonium, nitrates, phosphates, chlorures, sulfates) constituent la troisième famille. L'azote ammoniacal est particulièrement tenace : il persiste longtemps dans le lixiviat, même quand la matière organique s'est largement dégradée.

Enfin, les métaux lourds : zinc, plomb, mercure, cadmium, chrome, nickel, cobalt, cuivre. Le cadmium et l'arsenic sont classés cancérogènes de groupe 1 par le CIRC (Centre international de recherche sur le cancer). Le chrome hexavalent et le nickel présentent des indices de risque sanitaire élevés. Je me souviens d'un séminaire sur la toxicologie des sols où un collègue avait projeté un tableau croisé métaux lourds/voies d'exposition. Trois étudiantes avaient quitté la salle, pensant que c'était exagéré. Ce n'était pas exagéré, c'était un résumé.

Plusieurs points sont à retenir sur la relation entre l'âge d'une décharge et la toxicité de son lixiviat, parce que l'intuition nous trompe ici. On pourrait penser qu'avec le temps, une décharge se stabilise et que son lixiviat devient inoffensif. C'est faux.

Un lixiviat jeune (produit par une décharge de moins de cinq ans d'exploitation) présente un ratio DBO/DCO d'environ 0,5. Cela signifie que la moitié de la pollution organique est biodégradable, donc traitable par des procédés biologiques classiques. Le lixiviat est très chargé (la DCO peut atteindre 20 000 à 25 000 mg/L), mais il répond bien aux traitements.

Avec le temps, ce ratio chute en dessous de 0,1. La matière organique facilement biodégradable a été consommée par les bactéries. Ce qui reste, c'est la fraction réfractaire : des molécules organiques complexes, résistantes à la dégradation biologique, auxquelles s'ajoutent les métaux lourds et les contaminants émergents. Le lixiviat est moins chargé en volume, mais sa composition est devenue plus difficile à traiter. Les procédés biologiques seuls ne suffisent plus.

Le problème bascule ici : les solutions techniques se heurtent à un mur économique. Traiter un lixiviat réfractaire coûte sensiblement plus cher qu'un lixiviat jeune biodégradable, et la durée de traitement nécessaire dépasse souvent les horizons de financement des collectivités. Les installations de stockage fermées restent soumises à un suivi post-exploitation de 30 ans minimum, mais la production de lixiviat, elle, ne s'arrête pas à 30 ans.

Le traitement des lixiviats repose sur une combinaison de procédés, rarement un seul. Six grandes approches existent, et leur choix dépend principalement de l'âge du lixiviat et du volume à traiter.

Le bioréacteur à membrane#

Le BRM (bioréacteur à membrane) associe un traitement biologique intensif à une ultrafiltration. Il élimine efficacement l'azote ammoniacal et la matière organique biodégradable. En revanche, il reste insuffisant seul pour la DCO réfractaire des lixiviats matures. C'est un bon premier étage, pas une solution complète.

L'osmose inverse#

L'osmose inverse filtre le lixiviat sous haute pression à travers des membranes semi-perméables. C'est une barrière presque absolue contre les polluants dissous. Les membranes de type "plate-and-frame" permettent une réduction de la consommation énergétique d'environ 26 % par rapport aux systèmes spiralés classiques. Mais l'osmose inverse génère des concentrats (le résidu de filtration, très chargé en polluants) qu'il faut ensuite gérer, et les membranes subissent un colmatage organique croissant qui limite leur durée de vie.

La combinaison BRM et osmose inverse#

Une installation pilote documentée dans la Revue EIN (10 m3/jour, 135 jours d'exploitation) a démontré que la combinaison BRM puis osmose inverse atteint des taux d'élimination de 97,7 % pour la DCO et de 99,9 % pour l'azote ammoniacal. C'est la seule configuration qui atteint simultanément toutes les normes de rejet pour l'ensemble des paramètres mesurés. Le coût d'investissement est élevé, mais c'est le seul procédé qui fonctionne sur les deux types de lixiviats (jeune et mature).

Autres approches#

L'évaporation thermique, souvent alimentée par le biogaz de la décharge elle-même, concentre le lixiviat par chauffage avec un taux de conversion supérieur à 95 %. Le charbon actif adsorbe la matière organique récalcitrante en complément d'un BRM. La phytoépuration par filtres plantés de roseaux ou de saules présente un bilan carbone favorable et des coûts d'exploitation faibles, mais elle est limitée aux petits volumes et nécessite des surfaces importantes. Ces solutions de traitement par le vivant rappellent d'ailleurs le rôle tampon que jouent les zones humides dans la filtration naturelle des eaux.

La recirculation (réinjection du lixiviat sur la décharge) accélère la biodégradation in situ mais ne constitue pas un traitement complet.

L'étude menée sur l'ancienne décharge de Mauves-sur-Loire offre un éclairage que je trouve pédagogiquement précieux, parce qu'elle contredit le récit simpliste "décharge = nappe fichue".

Sur ce site non étanché, les chercheurs ont retrouvé les 19 substances attendues dans le lixiviat, incluant des résidus pharmaceutiques et du bisphénol A. Pourtant, les concentrations de polluants classiques mesurées dans la Loire en aval restaient en dessous des seuils réglementaires. L'explication tient à la géologie locale : les alluvions (sable, gravier) jouent un rôle de filtre naturel. Les métaux lourds (plomb, cuivre, zinc, chrome) sont retenus entre les grains de sable et leur migration reste limitée.

Mais, et c'est la nuance fondamentale, le bisphénol A traverse ces mêmes alluvions sans difficulté. L'atténuation naturelle fonctionne pour certains polluants et pas pour d'autres. Ce résultat n'est absolument pas généralisable : il dépend de la composition géologique du site, de l'épaisseur des alluvions, du régime hydrologique local. Sur un substrat argileux fissuré ou un karst, le scénario serait tout autre. Je l'utilise en cours pour illustrer que la pollution n'est pas binaire : elle est sélective, et c'est ce qui la rend si difficile à modéliser.

Ce type de contamination souterraine, invisible en surface, est d'autant plus insidieux que les écosystèmes nocturnes sont les premiers touchés par les perturbations chimiques des eaux. La trame noire et ses enjeux de biodiversité nocturne sont directement concernés par la qualité des nappes en aval des décharges.

La directive européenne 1999/31/CE pose le principe : le lixiviat "ne peut être rejeté directement dans le milieu naturel" et "doit être collecté et traité". En France, l'arrêté du 15 février 2016, qui a remplacé l'arrêté du 9 septembre 1997, traduit cette obligation pour les installations de stockage de déchets non dangereux (ISDND). Il impose la collecte et le traitement des lixiviats, avec convention préalable obligatoire pour tout raccordement à une station d'épuration externe. Le texte classe juridiquement les lixiviats comme des effluents, pas comme des déchets, ce qui détermine le régime de traitement applicable.

Les obligations techniques comprennent une barrière active de sécurité en fond et flancs de chaque casier, une couche drainante d'au moins 0,5 mètre d'épaisseur, et des bassins de stockage dimensionnés avant traitement. La France comptait environ 228 ISDND en 2014, en déclin par rapport aux 320 installations de 2004, signe d'une concentration du secteur. Les quelque 11 016 sites et sols pollués ou potentiellement pollués recensés dans la base BASOL en 2024 témoignent de l'ampleur du passif, même si ce chiffre inclut toutes les sources de pollution et pas uniquement les décharges.

Les restrictions de circulation dans les zones à faibles émissions ciblent la pollution atmosphérique urbaine ; la pollution par les lixiviats, elle, opère sous terre, hors de vue et souvent hors des priorités politiques. Les deux formes de contamination partagent pourtant un trait commun : elles touchent d'abord les populations les plus vulnérables.

Le lixiviat n'est pas un problème technique isolé. C'est un révélateur. Il montre que nos déchets ne disparaissent pas parce qu'on les enterre, qu'ils continuent de produire des effluents toxiques pendant des générations, et que les solutions de traitement existent mais exigent un investissement continu sur des décennies. Les sites fermés représentent un marché émergent pour les entreprises de traitement, précisément parce que l'obligation de suivi post-exploitation de 30 ans minimum ne couvre qu'une fraction de la durée réelle de production de lixiviat.

Sur ce point, j'hésite encore : faut-il étendre cette obligation de suivi, ou faut-il investir massivement dans l'étanchéification rétroactive des anciennes décharges ? Les deux options ont un coût considérable, et aucune ne résout le problème des contaminants émergents comme les PFAS, pour lesquels nous n'avons pas encore de filière de traitement mature à grande échelle. Ce qui est certain, c'est que l'invisibilité du lixiviat, ce liquide qui circule sous nos pieds sans que personne ne le voie, joue contre toute mobilisation politique sérieuse.

• Eaufrance, Glossaire : Lixiviat, définition officielle
• Directive européenne 1999/31/CE du 26 avril 1999, cadre réglementaire européen
• Revue EIN, Le traitement des lixiviats, panorama des procédés
• Revue EIN, Innovation BRM et osmose inverse, données pilote 135 jours
• Espace Sciences, Au coeur de l'ancienne décharge de Mauves-sur-Loire, étude terrain Loire-Atlantique
• Géoconfluences ENS Lyon, Décharges et ISDND en France, données 228 ISDND
• AIDA INERIS, Arrêté du 15/02/16 relatif aux ISDND, obligations techniques (remplace l'arrêté du 9 septembre 1997)
• GéoRisques/BASOL, Sites et sols pollués, 11 016 sites recensés (2024)