Phytoremédiation Le sol est une ressource naturelle, avec des fonctions environnementales et écologiques que l’homme a su exploiter, tant pour des usages productifs, que pour l’aménager. Le sol représente le support de l’évolution de l’homme, mais celui-ci a contribué à le dégrader. La capacité des sols à se renouveler est lente, et ces sites où se sont déroulées et se déroulent encore des activités industrielles, présentent des sols potentiellement pollués. Cependant, face aux risques que représentent certains sites pollués pour l’homme et l’environnement, à petite comme à grande échelle, et face aux pressions démographique et économique, il est essentiel de pouvoir avoir recours à leur assainissement. Les techniques de réhabilitation sont donc très variées et multiples. Parmi celles-ci, nous distinguerons les méthodes classiques, physiques, chimiques, physico- chimiques, largement utilisées, et les méthodes plus récentes et plus respectueuses de l’environnement, les biotechnologies. Biotechnologies Les biotechnologies peuvent être analysées en deux parties : la bioremédiation et la phytoremédiation Techniques de phytoremédiation Cette technique représente une alternative, ou un complément aux traitements des sols contaminés présentés précédemment. Elle se pratique avec l’utilisation des plantes capables de bloquer, extraire, accumuler, transformer ou détruire les contaminants. Elle s’applique tant aux polluants organiques qu’aux métaux lourds et aux radioéléments. A. Phytoextraction Cette technique met en œuvre le travail des plantes, à absorber par leurs racines les polluants pour les concentrer dans leurs parties récoltables (feuilles, tiges, …). Les plantes utilisées sont dites ainsi accumulatrices ou « hyperaccumulatrices» . Elles sont généralement rencontrées sur des sols moyennement à faiblement polluées, comme des sols miniers ou des friches industrielles riches en métaux toxiques. Lorsque les plantes atteignent un taux de saturation en polluants suffisamment élevé, elles peuvent être récoltées. Elles sont ensuite traitées. La quantité de métal ainsi extraite du sol correspond en réalité à la concentration de celui-ci dans les parties récoltables de la plante. B. Phytodégradation/Rhizodégradation Les plantes produisent des enzymes (exsudats racinaires) qui, combinés aux microorganismes, peuvent catalyser la dégradation des substances absorbées et/ou adsorbées. Les agents polluants prennent une forme moins nocive et peuvent donc être métabolisés dans les tissus de la plante et/ou par les microorganismes de la rhizosphère. Cette technique s’applique principalement dans le cas des hydrocarbures. C. Phytovolatilisation Les plantes vont ici contribuer à la volatilisation des contaminants organiques (composés organiques volatils) et autres agents polluants en les relâchant dans l’atmosphère via leurs feuilles. Cependant, cette technique n’est pas très fiable car si elle décontamine les sols, il se peut que les substances volatilisées dans l’atmosphère présentent une forme de toxicité. Dans le cas des métaux lourds, cett e technique est limitée au sélénium et au mercure. L’arsenic n’est pas à exclure non plus. D. Phytostabilisation Cette technique permet de simplement réduire la mobilité et la biodisponibilité des polluants. Dans un premier temps, elle est assimilée aux phénomènes naturels de recolonisation végétale. En effet, les plantes et leurs systèmes racinaires peuvent être naturellement utilisés pour prévenir la migration des contaminants par érosion éolienne ou hydrique, le lessivage des sols, et l’érosion des particules contaminées du sol. TP 01 : phytoremédiation d’un sol pollué par les hydrocarbures Protocole : Contamination : - Polluants organique (essence à 5%) 100g sol <<<<<<<<5 ml d’essence 500g<<<<<<<<<<< ? Espèce utilisée - Espèce tolérante caractéristique - Légumineuse symbiose (fixation de l’azote atmosphérique) La vitesse de dégradation dépend de la nature des matières organiques enfouies, mais également de la disponibilité en azote. Les microorganismes ont en effet besoin d’azote pour dégrader le carbone : lorsque les résidus à décomposer présentent un rapport C/N faible, les microorganismes ne prélèvent pas d’azote dans le milieu. Par contre, lorsqu’une quantité importante de résidus à C/N élevé est enfouie, ils prélèvent de l’azote dans le sol pour leur propre métabolisme, pouvant, dans certaines conditions, devenir concurrents du peuplement végétal cultivé pour l’azote (« faim d’azote »). - En agronomie, il y a une règle simple qui dit : les bestioles qui dégradent la matière organique consomment 25 fois plus de carbone que d’azote. Autrement dit, il faut une unité d’azote pour digérer 25 unités de carbone. - Si le C/N de l'amendement est supérieur à 25, il y a trop de carbone par rapport à l'azote. Les micro-organismes vont puiser dans les réserves du sol au lieu d'en libérer. C'est le phénomène de faim d'azote. - A l'inverse, si le C/N est inférieur à 25, les micro-organismes vont libérer l'azote en excès, à disposition des plantes. C/N < 15 : production d'azote, la vitesse de décomposition s'accroît ; elle est à son maximum pour un rapport C/N = 10 15 < C/N < 20 : besoin en azote couvert pour permettre une bonne décomposition de la matière carbonée, C/N > 20 : Pas assez d'azote pour permettre la décomposition du carbone (il y a compétition entre l’absorption par les plantes et la réorganisation de la matière organique par les microorganismes du sol, c'est le phénomène de "faim d'azote"). L'azote est alors prélevé dans les réserves du sol. La minéralisation est lente et ne restitue au sol qu'une faible quantité d'azote minéral. Légumineuse Dans le monde végétal, les légumineuses, plantes de la famille botanique des Fabacées, ont la capacité unique de mettre en place une symbiose avec certaines bactéries présentes naturellement dans le sol, qui convertissent l’azote de l’air (N2) présent dans leur environnement en une forme intermédiaire, l’azote ammoniacal (NH3), grâce à une enzyme bactérienne spécifique, la nitrogénase. L’azote ainsi réduit sous forme de NH3 est ensuite assimilé par la plante, pour constituer ses molécules organiques, notamment les protéines. L'azote fixé par les légumineuses est puisé dans une ressource abondante : le substrat azoté N2. Cet azote, disponible dans l’air ambiant est fixé par les plantes grâce à l’énergie issue de la photosynthèse végétale. Cette symbiose naturelle permet à la plante d’utiliser directement l’azote de l’air environnant pour sa croissance. On parle de plantes fixatrices d’azote et de fixation symbiotique de l’azote atmosphérique. - Arrosage régulier Principe : - - Techniques de remédiation Sol pollué traité Sol pollué non traité Efficacité de la technique Analyse chimique Test biologique (test de germination)
