bioaccumulation de métaux lourds chez la tomate et la laitue

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Bull. Soc. Pharm. Bordeaux, 2009, 148, 77-92
BIOACCUMULATION DE MÉTAUX LOURDS
CHEZ LA TOMATE ET LA LAITUE
FERTILISÉES PAR LES BOUES D’UNE
STATION D’ÉPURATION (*)
Hanan KASSAOUI (1,3), Mustapha LEBKIRI (1), Ahmed LEBKIRI (1),
El Houssine RIFI (1), Alain BADOC (2), Allal DOUIRA (3)
Les boues résiduaires de la station de traitement des eaux
usées de la ville de Béni Mellal (Maroc) présentent des teneurs
appréciables en éléments fertilisants azotés et phosphorés, une
importante quantité de matière organique et un pH légèrement
acide (6,7). Leur apport au sol sableux de la Mamora entraine une
légère augmentation de l’acidité et de la salinité, a un effet négatif
sur la germination des graines, mais augmente
proportionnellement les rendements de la Laitue et de la Tomate.
Cependant, ces amendements intensifient les teneurs en métaux
lourds des racines, feuilles et fruits. L’accumulation du chrome
apparait l’une des contraintes majeures à leur valorisation.
(*) Manuscrit reçu le 3 novembre 2007.
(1) Laboratoire de Synthèse Organique et Procédés d’Extraction, Université Ibn
Tofaïl, Faculté des sciences, BP133, 14000 Kénitra, Maroc. [email protected],
[email protected], [email protected], [email protected]
(2) Laboratoire de Sciences végétales, Mycologie et Biotechnologie, GESVAB – EA
3675, UFR Pharmacie, Université Victor Segalen Bordeaux 2, ISVV, 210, Chemin
de Leysotte, CS 50008, 33882 Villenave-d’Ornon. [email protected]
(3) Laboratoire de Botanique et de Protection des Plantes, Université Ibn Tofaïl,
Faculté des Sciences, BP 133, 14000 Kénitra, Maroc. [email protected]

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INTRODUCTION
La quantité croissante de boues produites au cours du traitement des
eaux usées pose le problème de leur devenir. Malgré leur apport fertilisant
(N, P, K, Ca, etc.), les boues urbaines ne peuvent être épandues si elles
contiennent des métaux lourds en quantité supérieure aux normes autorisées
en agriculture (Arrêté du 8 janvier 1998 / France), qui pourraient entrainer
une contamination des sols et par là de la chaine alimentaire [15] et de la
santé humaine [13].
S’il est prouvé que l’épandage des boues favorise la productivité des
cultures, elle s’accompagne d’une accumulation de métaux lourds (Cd, Cu,
Ni, Pb et Zn) [2,12], comme chez le Ray-grass [6,8]. Ces boues doivent alors
être incinérées, mises en décharge ou utilisées en partie dans une filière de
compostage [16].
Dans le présent travail, l’effet de la dose de boue d’une station de
traitement des eaux usées incorporée au substrat de culture a été étudié sur
la croissance, le rendement et l’accumulation de métaux lourds chez deux
espèces maraichères.
MATÉRIEL ET MÉTHODES
Sol
Le sol de la forêt de la Mamora a été utilisé. Il est très sablonneux,
de structure meuble, de pH légèrement basique (7,53). Il présente 0,7 % de
matière organique avec 0,14 % de carbone organique, ce qui en fait un sol
riche. Ses teneurs en métaux lourds le rendent propre à une utilisation en
agriculture (Tableau I). Avant les essais, le sol a été homogénéisé à l’air
libre et tamisé.

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Tableau I :
Caractéristiques physicochimiques du sol de la Mamora (moyennes de
trois répétitions).
Paramètres Résultats
Argile (%)
Limon fin (%)
Limon grossier (%)
Sable fin (%)
Sable grossier (%)
Calcaire total (%)
Carbone organique (%)
Matière organique (%)
Azote total (%)
pH-eau
salinité (mg/l)
Phosphore total (‰)
Phosphore assimilable (Olsen)
Calcium (mEq /100 g)
Magnesium (mEq /100 g)
Sodium (mEq /100 g)
Potassium (mEq /100 g)
Capacité d’échange cationique
Cadmium (ppm)
Zinc (ppm)
Cuivre (ppm)
Plomb (ppm)
Nickel (ppm)
Chrome (ppm)
Manganèse (ppm)
4,8
2,7
0,8
66,6
24,5
0,8
0,14
0,7
0,05
7,53
0,1
1,39
0,048
6,3
0,2
0,3
0,15
7,0
non détecté
279
25
34
44
73
626
Boue
La boue provient d’une station d’épuration (STPE) des eaux
résiduaires de la ville de Beni-Mellal au Maroc, construite en 1984 et située
à 6 km au nord de la ville entre Bazzaza et Sidi Jaber. La station comprend
des ouvrages destinés au prétraitement biologique des eaux et des boues
avec une aération prolongée.
Sept échantillons ont été prélevés à différents endroits soit un total
de 500 kg de boue en mai 2005. Ils ont été séchés à l’air libre, broyés, puis
passés sur un tamis avec une maille de 2 mm.

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Son pH légèrement acide, de 6,57 (Tableau II), correspond aux
nouvelles recommandations du Conseil Supérieur d’Hygiène Publique de
France (CSHPF), qui demande un pH < 6 pour servir d’amendement. Elles
sont riches en matière organique (22 % du poids de matière sèche) avec des
teneurs élevées en composés azotés (2,1 %) et phosphorés (1,2 %). Le
rapport C/N, compris entre 9 et 11, indique une bonne minéralisation de la
matière organique. Les teneurs en zinc, cuivre, plomb et nickel et leur
somme sont au dessous des normes de la CEE.
Cependant, la conductivité électrique élevée, de l’ordre de 6 ms/cm,
pourrait nuire aux cultures sensibles aux sels et les teneurs en chrome
(1971 ppm) sont supérieures aux valeurs limites de la CEE (1000-
1750 ppm).
Tableau II :
Caractéristiques physicochimiques d’un échantillon de boue (moyennes
de trois répétitions).
Paramètres Résultats Normes CEE [5]
pH-eau
Carbone organique (%)
Matière organique (%)
Azote total (%)
N/C
Phosphore total (‰)
Phosphore assimilable (Olsen) (‰)
CE (ns/kg)
Cadmium (ppm)
Zinc (ppm)
Cuivre (ppm)
Plomb (ppm)
Nickel (ppm)
Chrome (ppm)
Manganèse (ppm)
Zn + Cu + Ni + Cr
6,57
20,56
22,4
2,11
9,74
1,16
1,66
5,8
limite de détection
775
134
155
35
1971
237
2915
20
3000
1000
800
200
1000
1000-1750
Matériel végétal
Deux plantes, une Laitue, Lactuca sativa var. longifolia et une
Tomate, Solanum lycopersicum ‘Campbell 33’, ont été retenues comme
indicatrices de la valeur fertilisante et des risques de toxicité par les métaux
lourds par accumulation dans les feuilles ou les fruits destinés à la
consommation humaine.

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Test de germination
Les semences de Laitue et de Tomate sont désinfectées par trempage
quinze minutes dans l’eau de Javel à 10 %, puis séchées sur papier buvard et
placées par vingt dans des pots remplis de mélanges sol de la Mamora et de
boue résiduaire, avec des volumes secs de boue de 0, 25, 50, 75 et 100 %.
Le pourcentage de germination est calculé après quinze jours d’incubation
pour la Tomate et 12 pour la Laitue dans une étuve à 25°C à l’obscurité. Le
test est répété trois fois.
Conditions de culture
Des semences de Laitue et de Tomate, désinfectées comme
précédemment puis séchées sur papier buvard, ont été mises à germer en
pépinière dans des cuvettes remplies de tourbe.
Les plantules âgées de trois semaines (présentant alors environ
quatre feuilles) ont été repiquées dans des pots de 400 cm2 préalablement
désinfectés par trempage 30 min dans l’eau de Javel à 10 % et percées à leur
base pour permettre une percolation en cas d’excès d’arrosage sur un
mélange de sol de la Mamora additionné avec des volumes secs de boue de
0, 30, 50, 70 et 100 %. Les essais à raison de cinq pots contenant quatre
plantes ont été conduits dans une serre de culture avec un arrosage
journalier à l’eau de robinet, sans répétition.
Paramètres mesurés
Les plantes ont été récoltées après trois mois de culture, soit à la
maturité des fruits pour la Tomate et avant la floraison pour la Laitue. Cinq
paramètres ont été déterminés : hauteur des parties aériennes, nombre de
feuilles par pied, nombre de feuilles présentant une coloration jaunâtre et,
dans le cas de la Tomate, nombre de fruits et poids des fruits. Juste après la
récolte, les parties souterraines et aériennes (tiges + feuilles + fleurs) ont été
pesées et leur poids de matière sèche a été estimé après séchage 72 h à
l’étuve à 70°C.
Les paramètres physicochimiques du sol (pH, carbone organique,
azote total, phosphore organique, phosphore assimilable, conductivité
électrique, granulométrie, capacité d’échange cationique, dosage du CaCO3)
ont été obtenus selon la méthode d’analyse des sols [1].