Mercier_Catherine_2016_memoire - Papyrus

Université de Montréal
Phytoextraction d’éléments traces
à l’aide du saule et de mycorhizes
par Catherine Mercier
Département de Géographie
Faculté des Arts et Sciences
Mémoire présenté
en vue de l’obtention du grade de Maître ès sciences (M.Sc.)
en géographie
[Septembre 2016]
© Catherine Mercier, 2016

i
Résumé
La phytoremédiation s’impose depuis peu comme une alternative de décontamination
des sols accessible et soucieuse de l’environnement. Le projet présenté ici a permis de tester,
en serre, un traitement sur des sols modérément contaminés aux éléments traces (ET) (Cd, Cu,
Pb et Zn), et comportant deux niveaux de contamination organique. L’étude, imbriquée au
projet Génorem, a été réalisée à l’aide de plants de Salix purpurea et de mycorhizes Glomus
irregulare. Les objectifs étaient 1) d’étudier l’effet de la présence des mycorhizes introduites
sur le processus d’absorption des ET, ainsi que l’efficacité générale du traitement ; 2) de
déterminer l’influence des processus de transfert et de mise en solution des ET au sein de la
rhizosphère sur leur taux d’accumulation par les plantes, et 3) de mesurer l’impact des
caractéristiques des sols et de la contamination organique sur la phytoextraction. La présence
des mycorhizes inoculées n’a été perceptible ni sur l’accumulation et le transfert des ET, ni sur
la production de biomasse. Seules les concentrations solubles de Cu et de Pb se sont avérées
moins importantes dans la rhizosphère des sols inoculés que dans la matrice de sol. La
performance des plants quant à leur niveau d’accumulation s’est avérée intéressante pour le
Cd (moyennes de 2,80 à 10,1 mg/kg) et le Zn (de 54,1 à 410 mg/kg). Ces éléments se sont
accumulés surtout dans les parties aériennes des plantes, alors que le Cu et le Pb ont plutôt été
stockés dans les racines. Les concentrations solubles avaient pour la plupart augmenté entre le
début et la fin de l’expérience, et les différences entre ces concentrations et les concentrations
totales, dans la rhizosphère et la matrice, ont démontré que le temps de réponse du sol pour
fournir aux plantes les éléments biodisponibles n’était pas un facteur limitant du système dans
la plupart des cas. Les concentrations initiales totales dans les sols ont été corrélées à celles
dans les parties des plantes uniquement pour le Cu dans les tiges (R2 : 0,54) et les racines (R2 :
0,58) des saules. Les facteurs de fertilité ont permis d’expliquer une part de la variance des
concentrations (10 % du total de 25 % pour le Cd, 49 % du total de 36 % pour le Cu-aérien, et
28 % du total de 71 % pour le Cu-souterrain) et des quantités (15 % du total de 30 % pour le
Cd) accumulées. La contamination mixte (organique et inorganique) n’a pas entravé
l’extraction des ET, ni la dégradation des composés organiques.
Mots-clés : Phytoremédiation, mycorhizes, saules, sol contaminé, éléments traces

ii
Abstract
Phytoremediation is a relatively new, low cost and environmentally friendly alternative
method to decontaminating soils. This research, which involved Salix purpurea plants and
Glomus irregulare mycorrhizae, was conducted through the Génorem project in a greenhouse.
We tested a treatment on soils, which were contaminated with moderate amounts of trace
elements (TE) (Cd, Cu, Pb and Zn), as well as with organic compounds (on two levels of
concentration). The objectives were 1) to study the effect of the introduced mycorrhizae on
TE’s absorption process, as well as the general treatment efficiency; 2) to determine the
influence of TE transfer and solubilization processes at work within the rhizosphere on their
accumulation rates by the plants, and 3) to measure the impact of soil characteristics as well as
the organic contamination on phytoextraction. The presence of inoculate mycorrhizae was not
noticeable on the accumulation or transfer of TE, nor was it on the biomass production.
However, soluble concentrations of Cu and Pb were less important in the soil rhizosphere of
the inoculated soils than in the soil matrix. Plants performance in regard to their accumulation
was considerable for Cd (average of 2,80 to 10,1 mg / kg) and Zn (from 54.1 to 410 mg / kg).
These elements were mainly accumulated in aboveground tissues, while Cu and Pb were
instead stored in the roots. Additionally, most of the soluble concentrations had increased
between the beginning and the end of the experiment. This, combined with the differences
between the soluble and total-recoverable concentrations in the rhizosphere and the matrix,
showed that the soil’s response in terms of time to provide bioavailable TE to plants was not a
limiting factor of the system in most cases. Total initial soil concentrations were only
correlated to concentrations plant tissues in the case of Cu within stems (R2 : 0,54), and within
roots (R2 : 0,58). Fertility and availability factors allowed to explain parts of the variance in
concentrations (10% of the total 25% for Cd, and 49% of the total 36% for Cu-aboveground,
and 28% of the total 71% for Cu-aboveground), and content (15% of the total 30% for Cd)
accumulated. Mixed contamination (organic and inorganic) did not significantly impede the
TE extraction, neither the organic compounds degradation.
Keywords : Phytoremediation, mycorrhizae, willow, contaminated soil, trace elements

iii
Table des matières
Résumé ................................................................................................................... i
Abstract ................................................................................................................ ii
Table des matières ............................................................................................. iii
Liste des tableaux ............................................................................................... vii
Liste des figures ................................................................................................... ix
Liste des abréviations et symboles .................................................................... xii
Remerciements .................................................................................................. xvi
1. Introduction ................................................................................................... 1
1.1 Contexte de recherche .................................................................................................... 1
1.1.1 État de la situation des sols contaminés ..................................................................... 1
1.1.2 Types de contamination ............................................................................................. 2
1.1.3 Définition et sources des éléments traces .................................................................. 2
1.1.4 Méthodes traditionnelles de décontamination ........................................................... 4
1.1.5 Règlements sur les sols contaminés au Québec ......................................................... 5
1.2 Le système sol - plante - éléments traces ....................................................................... 6
1.2.1 Les éléments traces dans les plantes .......................................................................... 6
1.2.2 Mécanismes d’absorption des éléments traces par les plantes ................................... 8
1.2.3 Relations symbiotiques entre les plantes et les champignons .................................. 10
1.2.4 Mécanismes de tolérance des plantes face aux éléments traces .............................. 13
1.2.5 Espèces hyperaccumulatrices ................................................................................... 14
1.2.6 Facteurs influençant l’absorption des éléments traces par les plantes ..................... 15
1.2.6.1 Biodisponibilité des éléments traces .............................................................................. 15
1.2.6.2 Spéciation des éléments traces ....................................................................................... 18
1.2.6.3 Caractéristiques du sol ................................................................................................... 18