le phytomanagement - chlordecone

LE PHYTOMANAGEMENTEléments de synthèse

LES CAHIERSTECHNIQUES

Octobre 2001

LE PHYTOMANAGEMENT

Eléments de synthèse

Henri-Charles DUBOURGUIER, Daniel PETIT

Annabelle DERAM, Catherine LOGEAY

Pôle de Compétence Sites et Sédiments Pollués17, rue Edouard Delesalle - F 59800 LILLE

Octobre 2001

ISBN 2-9517290-0-6

AUTEURS :

Henri-Charles DUBOURGUIER, Daniel PETIT,Directeur de Recherches INRA, ISA Professeur des Universités, Lille 1

Catherine LOGEAY Annabelle DERAM,Ingénieur en Agriculture, ISA Ingénieur d’études, OPHRYS

AVEC LA PARTICIPATION DE :

Vianney ALLARD, Anne LEFRANÇOIS,Ingénieur d’études, OPHRYS Chargée de mission scientifique,

Pôle de Compétence Sites et Sédiments Pollués

Mise à jour : Daniel PETIT, mars 2001

© LES CAHIERS TECHNIQUES - Pôle de Compétence Sites et Sédiments Pollués 5

Sommaire

INTRODUCTION p.7

I. POURQUOI REVEGETALISER ? p.9

I.1 Sols et sédiments pollués p.9

I.2 Les différentes revégétalisations p.9La revégétalisation paysagère p.9La revégétalisation dépolluante p.9La revégétalisation temporaire oupréverdissement p.9

I.3 Les intérêts de la végétalisation p.10

II. COMMENT REVEGETALISER ? p.13

II.1 Le choix des espèces p.13Les critères de ce choix p.13Quelques pistes pour le choix desvégétaux p.14

II.2 Les caractéristiques du substrat p.14

II.3 La mise en place de la végétation p.15Les ajouts de sol p.15Le semis p.16Les plantations p.17

III. LES POLLUANTS ET LA

VEGETALISATION p.19

III.1 La mise en place de populationsvégétales tolérantes aux métauxlourds, caractéristiques biologiqueset physiologiques p.19

III.2 Les polluants et le végétal p.20Le passage des polluants dans labiomasse p.20Principaux composés organiquessynthétisés par les microorganismesde la rhizosphère p.21

III.3 L’influence des polluantssur la végétation p.22

III.4 Les interactions au niveau desécosystèmes sol-végétal p.23

IV. LA PHYTOREMEDIATION p.25

IV.1 Historique p.25

IV.2 Définitions p.25

IV.3 Intérêts de la phytoremédiation p.26Les concepts p.26Les limites p.28

IV.4 La phytostabilisation despolluants métalliques p.29

IV.5 La phytoextraction des polluantsmétalliques p.29Phytoextraction du zinc et ducadmium p.30Phytoextraction potentielle duplomb p.32Phytoextraction d’autres éléments p.33

IV.6 Les questions essentielles àrésoudre lors de la mise en placed’un projet de phytoremédiation p.34Quelles plantes ? p.34Quels traitements ? p.35Quelles techniques ? p.35

CONCLUSION p.37

CONTACTS p.39

BIBLIOGRAPHIE p.41

REFERENCES COMPLEMENTAIRES p.45


Introduction

La gestion par les plantes ou« phytomanagement » est une piste derecherche susceptible de répondre à desquestions pragmatiques des thématiquesopérationnelles du Pôle de CompétenceSites et Sédiments Pollués. Le« phytomanagement » est prometteur surle plan technique, économique etjuridique.

Un groupe ressources PHYTO a étémis en place dans la région Nord - Pas deCalais. Il est animé par Henri-CharlesDUBOURGUIER (Directeur de RecherchesINRA au laboratoire Sols et Environnementde l'Institut Supérieur d'Agriculture deLille). Il rassemble actuellement desspécialistes des laboratoires Sol etenvironnement - ISA, CNRSSP, Centre dephytosociologie de Bailleul, Conservatoirede botanique, CREID, INRA, Chimieanalytique et marine, Génétique etévolution des populations végétales,Ecophysiologie des invertébrés du sol -Université de Lille I, Mycologiephytopathologie environnement -Université du Littoral - Côte d’Opale,Botanique, faculté de pharmacie, Réseaude synécologie végétale - Université deLille II, MNHN de Paris, Université deReading,…

Dans le cadre d'un séminaire sur labioremédiation et la phytostabilisation quis’est tenu le 26 mars 1998 à Lille, despistes de réflexion ont été amorcées :

• Il est nécessaire de programmer desactions dans le temps pour avoir un retourd'expériences scientifiquement fondé surl'extraction ou sur l'immobilisation à longterme des polluants.• Lorsque l'on cultive des plantes sur desterrains pollués, il faut prendre enconsidération l'ensemble de la filière

développée et se soucier notamment de lagestion en aval de la biomasse produite.• Il existe de nombreux éléments qui nesont pas pris en compte dans lesdiagnostics de sols classiques (Sb, Se…) etqui sont potentiellement toxiques.• Les expérimentations pilotes de terrainsont la clef du développement desconnaissances scientifiques qui sont ellesmêmes la base des réflexions engagées entermes d'aménagement du territoire(réhabilitation de sites pollués,technologies douces de traitement despollutions diffuses,…).

L'émergence de projets de recherchesopérationnelles, les expérimentations etdémonstrations in-situ de technologiesdouces de réhabilitation de sites, lacommunication des savoir-faire régionauxet des résultats scientifiques auprès desacteurs du Pôle de Compétence pourronts'accroître et enrichir les réflexions desmaîtres d'ouvrages potentiels de la gestiondes sols et des sédiments pollués.

Le concept de «phytomanagement»recouvre l’ensemble des méthodespermettant la gestion de sites et de solsindustriels ou fortement anthropisés grâceà l’utilisation de végétaux dans uneperspective de développement durable.

Les éléments de synthèse qui vous sontprésentés dans ce document sur le« phytomanagement » indiquent leséléments scientifiques à prendre encompte pour la gestion par les plantes despollutions (métalliques et organiques)diffuses. Vous y trouverez la réponse auxquestions simples mais fondamentalestelles que : Pourquoi et commentreconquérir un site en revégétalisant ?Qu’est-ce que la « phytoremédiation » ?


I. Pourquoi revégétaliser ?

I.1. SOLS ET SEDIMENTS POLLUES

Le nombre important de terrains polluéspar une activité industrielle ancienne oupar des dépôts de produits decurage/dragage contaminés entraîne leproblème de la gestion de ces sites et deleur éventuel traitement.La valorisation et la requalification de sitespollués peut se faire par une alternative detraitement qu'est la végétalisation à partird’espèces particulières, tolérantes auxpollutions notamment.L'objectif est double : valoriser des sites dedépôts de sédiments contaminés etréhabiliter des sites industriels. Ceci peutse faire en se servant des plantations pourextraire les polluants du sol, en intégrantalors la notion de filière économique de labiomasse produite, pour immobiliser lespolluants dans le sol et éviter la migrationvers une nappe sous-jacente par exemple,etc.

I.2. LES DIFFERENTES

REVEGETALISATIONS

Les rôles de la végétation sont mis envaleur dans différents types derevégétalisation (paysagère, dépolluante),et en fonction de l'utilisation ultérieure dusite (revégétalisation temporaire). Cetteclassification n'est sans doute pasexhaustive et reste relativement artificielle,puisqu'il est possible de combiner deux oumême trois types de revégétalisation et deles mener de front.

La revégétalisation paysagèreDeux paysagistes se sont exprimés à cesujet, lors de l'Atelier Environnement desAssises du Bassin Minier du Nord - Pas deCalais, qui se sont tenues le 10 mai 1995 àRieulay dans le Nord.

• ALAIN FRETET de l'Ecole NationaleSupérieure du Paysage de Versailles ainsisté sur la nécessité de représenter lepassé de la friche dans le paysage. Le butest, dit-il, de "faire passer l’émotion del'histoire minière, de la dimension dutemps, par le paysage" ;• FRANÇOIS-XAVIER MOUSQUET de l'AgencePaysages (Lille - 59) ajoute que, chaquefriche ayant sa personnalité écologique,économique et politique, il faut refusertoute attitude systématique et banalisante.De plus, il faut prendre garde à ne pasfaire d'une friche industrielle une "frichevégétale", c’est-à-dire une friche au senssocial, non réinvestie par les populationsenvironnantes, ce qui conduirait à unéchec de la requalification.

La revégétalisation dépolluanteLa végétation peut être un moyen dedépollution. Des expériences sont menéesà petite échelle mais surtout enlaboratoire. Leur présentation fera l'objetde paragraphes ultérieurs (cf. p. 23 etsuivantes).

La revégétalisation temporaire ou pré-verdissementLa revégétalisation temporaire ou le pré-verdissement permet une mise en valeurrapide et importante du site sans pourautant compromettre des possibilitésultérieures d'utilisation économique,résidentielle ou publique. "Pré-verdir", c'estpréparer le devenir d'un espace en levégétalisant et en changeant son image,rendre un site attractif dans l'attente d'uneautre activité (RICHARDS et al., 1993), en"créant un paysage symbole du renouveau"(HARDY cité par SIMENC, 1995). L'objectifest d'embellir le site, de contribuer àassécher le sol, de diminuer sa toxicité, deréintroduire la nature.

© LES CAHIERS TECHNIQUES - Pôle de Compétence Sites et Sédiments Pollués10

Ce peut-être une simple couverturevégétale ou un taillis à courte rotation. Lesstructures végétales mises en placedoivent être autonomes rapidement etdemander un minimum d'entretien. Unepratique courante est le semis d'unmélange d’espèces pionnières. Dans unobjectif à long terme, on peut y ajouter lesespèces d'ombre et/ou les espècesdésirées pour la revégétalisation finale.

La végétalisation doit être faite afin defaciliter l'évolution du site (suppressionspossibles de végétation). Le pré-verdissement nécessite donc un diagnosticpaysager afin d'améliorer le paysage de lafriche et de ses limites, en valorisant sescaractéristiques paysagères (paysage, sol,palette végétale,...) (RICHARDS et al., 1993- MINISTERE DE L'EQUIPEMENT, DU LOGEMENT,DE L'AMENAGEMENT DU TERRITOIRE ET DESTRANSPORTS, CONSEIL REGIONAL DU NORDPAS DE CALAIS, 1986).

Les avantages d'une revégétalisationtemporaire (RICHARDS et al., 1993) sontmultiples. Il s'agit de :

• décourager le vandalisme en montrantque la terre est occupée, et en améliorantl'aspect visuel,• apporter une valeur écologique,• permettre au terrain d'être vendablesans entraver le développement futur,• apporter de la matière organique au sol(avec parfois formation d'une litière) doncaméliorer la structure du sol.

I.3. LES INTERETS DE LA

VEGETALISATION

Quel que soit le devenir choisi pour le site,la revégétalisation peut être envisagéedans la démarche de requalification. Eneffet, l'insertion d'un site dans sonenvironnement passe souvent par lareconquête végétale, qui lui confère unevaleur paysagère, environnementale etéconomique nouvelle. Cependant, l’intérêtde la revégétalisation ne s’arrête pas à cet

aspect paysager. Les rôles de la végétationsont repris par divers ouvrages sur letraitement des friches et dépôts dedéchêts (BROWN et al., 1983 ; WALTON etEDWARDS, 1986 ; SIMMONS, 1988).La végétation assure ainsi plusieursfonctions :

• une fonction esthétique proche del'aspect paysager, qui rassure le public,évite le vandalisme et donc la dégradationdu site ;• une fonction de protection du sol,essentiellement en interceptant la pluie etle vent et donc en diminuant leur impactsur le sol. Cette protection varie selon lesespèces végétales, la densité decouverture, l’intensité des phénomènesmétéorologiques ;• une fonction dans les cycles naturels etles traitements de dépollution, grâce àdifférents mécanismes :

translocation des substances du solà la plante où elles peuvent êtretransformées et ainsi perdre parfois leurcaractère polluant ( phytodégradation),

apport de matière organique à lamort de la plante et donc améliorationde la structure du sol, de son aération,sa porosité, son drainage, sa capacitéde rétention d'eau et de la capacitéd'échange d'ions,

réintroduction de micro-organismes et macro-organismes,

évaporation, transpiration, et doncélimination des excès d'eau dans le solet diminution du lessivage vers le sous-sol,

augmentation de l'infiltration del'eau,

renforcement du sol par lesracines,

bioremédiation des sols contaminéspar des éléments organiques toxiques.Nous ne ferons que citer le double effetbénéfique de la végétation : lespolluants organiques peuvent êtreextraits par les plantes et accumulés,métabolisés ou volatilisés ; la microflorede la rhizosphère autour des racinesdes plantes peut accélérer la


biodégradation de ces composés (LEEet BANKS, 1993),

Malgré ces atouts, quelques argumentss'opposent à la revégétalisation. Ilsconcernent essentiellement le devenir despolluants contenus dans les plantes oudans le sol (BROWN et al., 1983) :

• les plantes récoltées et consomméespeuvent introduire des polluants dans lachaîne alimentaire,

• des plantes non exportées,maintiennent dans le sol les polluants s'ilsne sont pas transformés,• la couverture végétale est un obstacleaux U.V. qui peuvent aider à ladécomposition de polluants organiquesdans le sol. Or la décompositionphotocatalytique est le plus importantprocessus de dégradation abiotique (WANGet al., 1995).


II. Comment revégétaliser ?

La revégétalisation est réalisée par despaysagistes. Sur la région Nord - Pas deCalais, ils doivent suivre le cahier descharges établi par J. CL. HARDY (paysagisteayant effectué un recensement de lavégétation naturelle des friches) etl'Etablissement Public Foncier (EPF) Ilss'appuient également sur les études éco-phytosociologiques.

Avant de mettre en place une végétation, ilest important de connaître lescaractéristiques du substrat et sonaptitude à recevoir une plantation ou unsemis. A la suite, deux approches sontpossibles : sélectionner les plantesadaptées à ce substrat ou traiter lesubstrat pour l'adapter à la végétationvoulue.

II.1. LE CHOIX DES ESPECES

Le choix des espèces doit se faire enfonction du climat et du sol, mais aussi dela végétation naturelle éventuellementprésente sur le site (MINISTERE DEL'EQUIPEMENT, DU LOGEMENT, DEL'AMENAGEMENT DU TERRITOIRE ET DESTRANSPORTS et CONSEIL REGIONAL DU NORDPAS DE CALAIS, 1986).

Les critères de ce choixPour définir les espèces végétales à utiliserpour la revégétalisation, il faut tenircompte de l’équilibre entre ce que l'onattend de la plante et sa capacité àpousser sur le site. Pour cela, unedémarche est proposée par RICHARDS et al.(1993), où à chaque étape, serontdéterminées les opportunités et lescontraintes (figure n°1).

Figure n�°1 : Démarche pour le choix des Espèces (d’après RICHARDS et al., 1993)

Définition de l'utilisation du site

Détermination des fonctions du végétal

Contraintes Traitementdu site du substrat

Identification des caractéristiques du site

Sélection des espèces pour remplir les fonctions de végétation enaccord avec les caractéristiques du site

Sélection des variétés et cultivar pour une performance optimale


La sélection des espèces doit prendre encompte différents paramètres (BROWN etal., 1983) tels que :

• la facilité d'implantation, de croissanceet de dissémination,• la productivité,• la capacité à lutter contre l'érosion,• la résistance à la compétition,• le prix de la semence et sa disponibilité,• mais aussi, et surtout, la tolérance del'espèce aux conditions particulières dumilieu : températures extrêmes, excès oumanque d'eau, acidité ou alcalinité du sol,faible taux d’éléments nutritifs, salinité,pollution par les métaux lourds, pollutionorganique,...

Quelques pistes pour le choix desvégétauxDe façon générale, beaucoup degraminées sont relativement tolérantes auxpolluants. Les légumineuses fixent l'azoteatmosphérique, fertilisant ainsi le sol.Cependant, elles ne le font que si ellessont inoculées avec la souche correcte debactéries Rhizobium qui est souventabsente des substrats abandonnés. Il fautalors inoculer les semences.

Les mélanges de graminées etlégumineuses permettent d'équilibrer lateneur en azote du sol. De façon générale,les mélanges offrent une meilleureutilisation des ressources du sol àdifférentes profondeurs.

Les mycorrhizes (associations naturellesentre les racines d'une plante et unchampignon symbiotique) sont bénéfiquespour la végétation qui croît sur des solsgrossiers et appauvris car elles augmententla surface d'échange entre les racines et lemilieu et donc l'extraction d'élémentsnutritifs.

Les vivaces forment un gazon pendant unelongue période offrant ainsi une protectionefficace contre l'érosion. Il faut cependanttenir compte du fait que certaines espècestolérantes ont une croissance lente et

qu'en les choisissant, on obtient unerevégétalisation moins rapidement.

BROWN et al. (1983) donnent la liste deplantes tolérantes aux excès d'eau.RICHARDS et al. (1993) dressent un tableauindiquant les facteurs importants (climat,pH, espèces végétales,...) à prendre encompte selon l'utilisation future du site(agriculture, forêt, loisirs,...).

Pour une revégétalisation temporaire, ilconvient d'implanter des pelouses degraminées, de légumineuses, des arbustesà fleurs à croissance rapide, des arbres àcroissance rapide (aulne, saule), etd'utiliser la végétation naturelle déjà enplace (RICHARDS et al., 1993).

II.2. LES CARACTERISTIQUES

DU SUBSTRAT

Les friches présentent le plus souvent dessols dégradés. Il est donc nécessaire de lesaméliorer avant de les revégétaliser. Dansce but, il faut définir les caractéristiquesdu substrat à prendre en compte. Ce sont(RICHARDS et al., 1993) :

• les pH extrêmes : en raison de soninfluence sur la solubilité des élémentschimiques, toxiques ou nutritifs pour lesplantes, le pH exerce une influence sur larevégétalisation. Le pH optimal pourl'agriculture se situe aux alentours de 6.5(5.5 à 7.5). Selon le pH des substrats, lesespèces végétales à implanter diffèrent ;

• la toxicité : certains polluants ont unimpact sur les végétaux (l’étude del'influence des HAP et des métaux lourdssur les plantes est un des buts de notrerecherche) ;

• l'absence de nutriments : le manque etl’inadéquation des substances nutritivesont des conséquences diverses sur ledéveloppement des plantes ;

• le faible taux de matière organique : lamatière organique contribue à la structure


du sol et constitue sa réserve en azote. Lesdéblais de houillères présentent unestructuration faible, et se consolident ens’altérant, d'où des problèmes de drainageengendrant une sécheresse en été et unsol imbibé en hiver, et des difficultés dedéveloppement racinaire. D'après SIMMONS(1988), le manque de matière organiqueest généralement le facteur le plus limitantà l'implantation de végétation sur unefriche ;

• la texture grossière du sol : leséléments grossiers ont une faible rétentiond'eau qui engendre un stress hydriquepour les racines. M. DVORECKI, del'Etablissement Public Foncier Nord - Pasde Calais, cite le cas d'un échec derevégétalisation après infiltration deséléments fins disposés en surface dans leséléments grossiers de la sub-surface ;

• la compaction : elle augmente encore lerisque de faible drainage, d'engorgementen eau. En sol compacté, les plantes ontun système racinaire superficiel et donc unfaible ancrage, et les racines disparaissenten cas d'engorgement. De plus, les racinesappartiennent alors à la zone defluctuation de l'eau et ne peuvent exploitertoutes les substances nutritives ;

• la topographie (terril,...) nécessiteparfois une stabilisation du sol.

Ces paramètres sont importants et doiventêtre pris en compte dès l'initialisation duprojet, surtout si aucun essai ni zone piloten'est mis en place avant la réalisation àgrande échelle.

RICHARDS et al. (1993) dressent un tableauprésentant les problèmes que l'on peutrencontrer sur différentes catégories defriches et les traitements possibles. Ainsi,sur les sites de carbonisation du charbon,les auteurs prédisent de sérieux problèmesde toxicité et envisagent une instabilitéet/ou une érosion, une compaction, unealcalinité ou une acidité. Les traitementspréconisés pour les problèmes de toxicitésont, selon les cas : désagrégation,

chaulage, fertilisation, apport de matièreorganique grossière, irrigation.

II.3. LA MISE EN PLACE DE LA

VEGETATION

Les techniques de mise en œuvre de larevégétalisation sont subordonnées à unimpératif de coût minimum de création etd'entretien des plantations. Ellesdépendent également de l'utilisationultérieure du site (JONES, 1992) :

• pour une utilisation agricole, onrecherche une profondeur maximale quisoit bien drainée, aérée et avec unesurface bien structurée et un taux élevé denutriments,• pour une utilisation forestière, lesconditions sont moins exigeantes. Desgraminées sont d'abord semées pourpermettre au sol de se stabiliserstructurellement et biologiquement. Il estensuite travaillé pour éliminer lacompaction et faciliter le drainage.Lorsque les arbres sont plantés, unherbicide est épandu pour limiter lacompétition et faciliter la reprise desjeunes plants,• pour une utilisation de loisirs, terrainsde sport par exemple, le sol doit êtrepréparé pour un enracinement profonddes graminées avec un drainage et desconditions nutritives adéquates.

Nous passerons en revue certainestechniques particulières à larevégétalisation des friches.

Les ajouts de solL'ajout d'une couche de terre végétale peutfaciliter la revégétalisation, mais elle se faitrarement à grande échelle (RICHARDS et al.,1993).Des précautions sont à prendre quant à :

• la structure du sol, surtout si le sol estdéplacé mouillé,• la présence possible de semences demauvaises herbes dans le sol ajouté,


• la composition du sol.

Des "sols" autres que la terre végétalepeuvent être ajoutés : schistes, vasesmarines, déchets de process, minéraux,briques,... (RICHARDS et al., 1993).

Détaillons en quelques uns :• Les déchets organiques divers peuventêtre utilisés, tels que les fumiers animaux,les résidus de culture, les boues etcomposts municipaux et industriels(HORNICK, 1982). Ce sont des ajouts dematière organique essentiels pouraméliorer la structure du sol, augmenter lateneur en eau des sols desséchés,alcaliniser les sols acides et diminuer latempérature du sol. Ils jouent également lerôle de fertilisants dont les caractéristiquessont données dans le tableau n°1.

BOUES COMPOSTEES DE STATIONS

D'EPURATION MUNICIPALES

DECHETS

ANIMAUX

phosphore quantité importante Faiblesazote Modérée Importantepotassium Faible modéréecarbone (non précisée) Importante

Tableau n�°1 : Quantités d'éléments fertilisantsapportés par les boues et déchets animaux

(HORNICK, 1982)

• TOPPER et SABEY (1986) ont utilisé desboues de station d'épuration urbainesayant subi une digestion, en tantqu'amendement sur une mine de charbondu Colorado. Comparativement à desamendements inorganiques (N-P), lesboues engendrent une augmentation de labiomasse du sol et favorisent la croissancedes plantations.

• L'application en surface d'argileexpansée peut augmenter la germinationdes semences et faciliter l'implantation etla croissance de la végétation sur les solsde mines contaminées (FIGGE et al.,1995), essentiellement en augmentant lacapacité de rétention d'eau.

• Les cendres issues de l'industrie ducharbon (SIMS et al., 1993) sont des

particules très fines (0,01 à 100 µm),limoneuses, très facilement érodables etdevant donc être stabilisées par lavégétation. Elles fournissent des élémentsnutritifs à la plante (action semblable àcelle de la chaux) mais contiennent dessels solubles défavorables à la plante etont tendance à former une surfacecompacte. C'est pour cette raison que SIMSet al. (1993) ont recherché la meilleurecombinaison cendres-boues de stationd'épuration urbaines (les boues apportantde la matière organique) pour maximiser lacroissance de la fétuque et de la vesce.

L'ajout de sol est une solution qui a seslimites : les racines des plantes peuvent nepas toujours pénétrer le substrat naturelaprès passage dans la couche de solajouté. Cela engendre un mauvais ancrage,voire des problèmes de sécheresse. Lebureau d'études INTERFACES (1994)précise que le système des ligneux investitdifficilement un milieu à texture différenteau risque parfois de dépérircomplètement.

De plus, l'utilisation de boues, quiparaissait être une solution avantageusereste limitée du fait de leur concentrationsouvent élevée en métaux lourds. Ellescontiennent aussi beaucoup deconstituants humiques dont descontaminants organiques, qui peuventpasser dans les plantes et donc dans lachaîne alimentaire. La concentration enHAP dans les boues varie entre 1 et 10mg/kg, ce qui est supérieur auxconcentrations normales dans les solsagricoles (WILD et al., 1992).

Le semisLe but du semis est de placer la semencedans des conditions optimales degermination (humidité, température,lumière) pour qu'elle puisse émerger avantd'avoir épuisé ses réserves.

Comme en agriculture, les méthodes depréparation du sol sont variées, d'unepréparation intensive (sous-solage,


hersage,...) à un semis direct sur la cultureprécédente, selon le but à atteindre etl’état du substrat (SIMMONS, 1988). Laméthode la plus courante est le semis à lavolée suivi d'un hersage et éventuellementd'un paillis (RICHARDS et al., 1993) enutilisant des machines limitant lacompaction (SIMMONS, 1988). D'autresméthodes existent telles que le semishydraulique. Celui-ci est onéreux maisaugmente les probabilités dedéveloppement végétal (BROWN et al.,1983). L'entreprise Sofiter (LABENDZKI,1993) a utilisé l’hélicoptère pourensemencer les terrils de l'anciennefosse 6 d'Haillicourt dans le Pas de Calais.

Les plantationsLes arbres et arbustes doivent être plantésjeunes (1 à 3 ans - 300 à 900 mm dehaut). Ainsi, ils supportent mieux latransplantation et s'adaptent au substratcar ils gardent leur chevelu racinaire.L'Agence Paysages a adopté 3 principes dereverdissement des terrils (SIMENC, 1995)qui sont les suivants :• un reverdissement total qui offrira en10 ans une couverture à 100% de la zone,• un reverdissement en maillage : desbandes de jeunes plants forment unquadrillage sur le terril ce qui laissera desespaces clairs,• un reverdissement en bandesperpendiculaires à la pente du terril.

Le bureau d'études INTERFACES (1993-1994) préconise la formation d'îlots devégétation sur les friches plates.


III. Les polluants et la végétalisation

III.1. LA MISE EN PLACE DE

POPULATIONS VEGETALES

TOLERANTES AUX METAUX

LOURDS, CARACTERISTIQUES

BIOLOGIQUES ET PHYSIOLOGIQUES

Dans des conditions de forte pollutionmétallique, la plupart des végétaux sontéliminés, cependant une flore peut sedévelopper sur des sols éminemmentintoxiqués par la présence de métauxlourds. Cette aptitude particulière montréepar certaines espèces végétales leur a valul'appellation de métallophytes ou d'êtrequalifiées selon le métal dominant dans lesol, le type de minerai ou le type de rochemétallifère, d’espèces cupricoles,cobalticoles, calaminaires, serpenticoles,…

Certaines espèces ne se rencontrent, dansun territoire donné, que sur sols toxiques(métallophytes locales) ou à la fois sur solstoxiques et sur sols normaux (pseudo-métallophytes).Les métallophytes locales sont doncfortement indicatrices d'un niveau depollution par les métaux, aussi les a-t-onutilisées dans la prospection minière.

Dès 1934, les métallophytes sontinterprétées comme le résultat de lasélection naturelle qui a permis de retenir,au sein des populations végétales soumisesau stress des teneurs métalliques élevéesdu sol, les individus tolérant les métauxprésents (les chimio-écotypes).

Cependant, les recherches actuellesrévèlent que certaines espèces de milieuxnormaux présentent une toléranceconstitutive et accumulent des métaux defaçon importante. Ce cas est rencontréchez Arabidopsis halleri (BERT et al.,2000) et chez Thlaspi coerulescens(MEERTS et VAN ISACKER,1997).

La tolérance n'est pas un simplephénomène de blocage de l'absorption desmétaux par les racines des plantes : lesanalyses chimiques révèlent la présence deces métaux dans les différentes parties dela plante. Suivant les espèces végétales etla nature du métal, les teneurs les plusélevées sont notées soit au niveau del'appareil souterrain, soit au niveau del'appareil aérien du végétal. Certainesespèces accumulent les métaux de façontrès importante dans leurs partiesaériennes, ce sont les hyperaccumulatricesdéfinies par BROOKS et al. (1977), REEVESet BROOKS (1983), BAKER et al. (1994)(par exemple, des espèces contenant parrapport au poids sec, plus de 0,1% deplomb, plus de 1% de zinc ou plus de0,01% de cadmium).

Le tableau 2 donne une liste des famillesde plantes hyperaccumulatrices pourdivers éléments. Le nombre d'espècesconnues pour le nickel est très importantmais il est le reflet des efforts derecherche faits dans cette direction.


Eléments Nombre d'espèces Familles les plusreprésentées

Cadmium 2 BrassicaceaeCobalt 26 Lamiaceae, ScophulariaceaeCuivre 24 Cyperaceae, Lamiaceae,

Poaceae,ScophulariaceaeManganèse 11 Apocynaceae, Cunoniaceae,

ProteaceaeNickel 290 Brassicaceae,

Cunoniaceae,Euphorbiaceae,Flacourtiaceae, Violaceae

Sélénium 19 FabaceaeThallium 1 Brassicacea

Zinc 16 Brassicaceae, violaceae

Tableau 2 : Nombre d’espèces hyperaccumulatrices connues pour différents métaux et famillesles plus représentées

Cette tolérance et cette bioaccumulationsont rendues possibles par la mise enplace au niveau cellulaire, de capacitésphysiologiques nouvelles : rejet demolécules complexantes à l'extérieur de lazone d'absorption, fixation dans la paroicellulaire, transport réduit à travers lamembrane plasmique, activitéenzymatique modifiée, complexation dansle cytoplasme et compartimentation dansles vacuoles. Ces deux derniers aspects ontun rôle essentiel dans la bioaccumulation

Jusqu'aux années 80, les recherches sesont surtout focalisées sur la descriptiondes espèces métallophytes et de leurécologie, et sur le phénomène évolutifsous-jacent à la mise en place despopulations tolérantes. Aussi en 1984BRADSHAW et MC NEILLY écrivaient : "Ilserait dommage que ces travauxcontribuent uniquement à résoudre desproblèmes théoriques, surtout quand onpense à l'impact de la pollution surl'agriculture et l'environnement en général(...). Le fait que l'évolution de la tolérancerésulte de la pollution, cela donne la clépour combattre cette dernière, par ledéveloppement de nouvelles variétésprésentant des tolérances spécifiques auxpolluants. Il semble qu'il ne soit pas plusdifficile de sélectionner une variététolérante à un polluant qu'une variététolérante à un climat ou à une maladie, et

des milliers de ces dernières ont déjà étéproduites avec succès."

Aussi depuis le début des années 90, l'idéed'utiliser les végétaux dans le traitementdes substrats pollués par les métaux faitson chemin et rassemble de plus en plusd'adeptes. C'est en effet la seule techniqueactuellement disponible pour remédier auxpollutions métalliques diffuses (solsagricoles, boues de curage et de stationsd'épuration). Ce procédé est mêmeexpérimenté dans des projets dedéveloppement d'une "agriculture minière"(Phytomining), permettant d'extraire desmétaux en faible concentration decertaines roches.

III.2. LES POLLUANTS ET LE VEGETAL

Les polluants sont les rejets de composéstoxiques que l'Homme libère dansl'écosphère, mais aussi les substances qui,sans être vraiment dangereuses pour lesorganismes, exercent une influenceperturbatrice sur l'environnement (RAMADE,1992).

Le passage des polluants dans labiomasseUn grand nombre de polluants sontinstables et sont décomposés sous l'action


de facteurs physiques, chimiques etbiologiques (micro-organismes parexemple) mais certains sont peu ou pasbiodégradables. Leur persistance favoriseleur passage dans la biomasse. Certainesespèces végétales et animales sontcapables d'accumuler des substances à desconcentrations très élevées (RAMADE,1992). On parle alors de :

• bioconcentration, qui désignel'accroissement direct de concentrationd'un polluant lorsqu'il passe de l'eau dansun organisme aquatique. Cette notion estétendue aux organismes terrestres :passage de l'air et/ou des sols dans lesplantes par pénétration transfoliaire et/outransradiculaire, passage direct de l'airdans les espèces animales par inhalation ;

• bioaccumulation, qui désigne la sommedes absorptions d'un polluant par voiedirecte et alimentaire par les espècesanimales.

Un facteur de concentration Fc (RAMADE,1992), ou facteur de bioaccumulation BCF(WALTON et EDWARDS, 1986), est définicomme le rapport de la concentration d'unpolluant dans un organisme à saconcentration dans le biotope (BCF =Fc = [polluant] organisme / [polluant] eauou sol). Si le Fc ou le BCF est supérieur à1, il y a enrichissement, bioaccumulationdu composé ;

• bioamplification, qui désigne lephénomène de transfert et d'amplificationbiologique de la pollution à l’intérieur desbiocœnoses contaminées.

Le passage des polluants du sol auxvégétaux se fait par prélèvement par lesracines puis translocation jusqu'aufeuillage, par dépôt sur les feuilles suiteaux impacts des gouttes de pluie sur le solou en raison de la volatilité des composésà partir du sol (EDWARDS, 1986).

Le prélèvement d’éléments organiques dusol est influencé par différents facteurs(EDWARDS, 1986) :

• la taille de la molécule : les racines desplantes n’empêchent pas le passage despetites molécules,• les composés polaires sont prélevésplus facilement que les non polaires. Maisles substances polaires sont plussusceptibles de transformationsbiochimiques et sont moins séquestrées,• les substances lipophiles ne sont pasfacilement transloquées à travers les paroiscellulaires végétales. Elles sont donc peuincorporées à l’intérieur des plantes, maiselles peuvent atteindre des concentrationsélevées en raison de l'adsorptionpréférentielle du sol sur la surface desracines et des tiges,• les propriétés du sol telles que le tauxd'argile, la matière organique, le pH,• les caractéristiques des plantes(espèces, variétés).

En ce qui concerne les HAP, EDWARDS(1986) précise que les concentrations sontparfois si élevées dans les sols (> 1 µg/g)que les concentrations en HAP dans lavégétation peuvent augmenter même sansbioaccumulation.

Principaux composés organiquessynthétisés par les micro-organismesde la rhizosphèreLes courants biochimiques indiqués sur lafigure n�°2 se font grâce à des substanceschimiques synthétisées en particulier parles micro-organismes. Ces métabolitesorganiques microbiens de la rhizosphèresont principalement :

• des phytohormones microbiennes(auxines, gibbérellines ou kinines),• des acides aminés : les micro-organismes et les enzymes du sol jouentun rôle de premier plan dansl'approvisionnement du sol en acidesaminés,• des vitamines et des cofacteurs : le solcontient de très nombreuses substancesde croissance et notamment des vitaminesdu groupe B.


Figure n°2 :Courants biochimiques

possibles entre la plante et lesbactéries de la rhizosphère

(BOULLARD et MOREAU, 1962)

En valeur absolue, l'excrétion des vitaminespar les bactéries (Rhizobium en particulier)est inférieure à celle des acides aminés.Mais cette production de vitamines excèdesouvent de beaucoup les besoins desmicro-organismes, sans doute en raisond'une synthèse moins bien contrôlée quecelle des acides aminés (pas d'inhibition,par "feed-back").

• des antibiotiques : la présence desubstrats énergétiques favorise laprolifération de micro-organismessynthétisant des antibiotiques. Lesantibiotiques peuvent exercer un effetdirect sur la plante lorsqu'ils sont absorbéspar les racines (protection contre l'invasionde micro-organismes pathogènes etinhibition ou stimulation de certainesphases de croissance) ou intervenirindirectement en modifiant l’équilibreentre les micro-organismesrhizosphériques (DOMMERGUES etMANGENOT, 1970).

Les bactéries sporulées à propriétésantibiotiques sont très répandues dans lesol. La plupart des actinomycètesproducteurs d'antibiotiques sont desStreptomyces (BOULLARD et MOREAU,1962).

• des substances phénoliques : ellespourraient intervenir sur la croissance desvégétaux en modifiant le devenir d'unephytohormone, l'AIA (Acide IndolAcétique),

• des substances humiques, qui auraientun effet favorable sur la croissance desplantes et sur leur résistance auflétrissement.

Malgré leur faible concentration et leuradsorption sur les colloïdes, lesmétabolites microbiens ont une action surles plantes en raison de leur concentrationen fait relativement élevée pour certains etle fait que les plantes sont capables dedésorber certaines substances adsorbéessur les colloïdes, telles que lesgibbérellines ou les antibiotiques.

III.3. L’INFLUENCE DES POLLUANTS SUR

LA VEGETATION

Les effets des polluants sur les populationsvégétales (effets démoécologiques despolluants) résultent de leur toxicité aiguëou à long terme. Les concentrations despolluants sont, dans la plupart des cas,sublétales : leurs effets ne se manifestentpas au travers de la mortalité, mais de

BACTERIES I(très autotrophes)

PLANTE

BACTERIES II(très favorisées)

SUBSTANCESDE CROISSANCE

BACTERIES III

ANTIBIOTIQUES

BACTERIES I = Bactéries nécessitant du glucose et des sels minéraux (pouvoir de synthèse élevé)BACTERIES II = Bactéries nécessitant des acides aminés pour leur croissanceBACTERIES III = Bactéries nécessitant en outre des facteurs de croissance

Courants accessoires ou secondsCourants essentiels ou premiersCourants de substances "dominées"

SUBSTANCESFAVORISANTES

ACIDES AMINES


façon indirecte en modifiant la croissanceet/ou la reproduction des espèces les plusaffectées, ou encore la photosynthèsechez les végétaux (RAMADE, 1992).

Les relations entre les végétaux et lesfacteurs de pollution sont complexes(LEMEE, 1978) :

• les végétaux sont sensibles à denombreux polluants qui altèrent leursstructures ou les détruisent ; ils sont de cefait utilisés comme indicateurs biologiques.Cependant, les surfaces polluées exercentune sélection des individus les plustolérants parmi les populations d'unemême espèce ; le degré de toléranceaugmente avec l’ancienneté de lapollution ;

• en contre partie, les végétaux sontsusceptibles d'assurer une certaineépuration des milieux naturels ;

• les végétaux autotrophes peuventaccumuler sans dommage dans leurscellules des molécules de polluants et lestransmettre à des consommateurs,contaminant ainsi toute une biocœnose ;

• au niveau de l'écosystème, ces actionssur les différents niveaux trophiquesengendrent des déséquilibres biologiques àl'avantage des espèces les moins sensiblesau produit toxique ;

• la pollution peut en agissantnégativement sur la végétation, engendrerdes modifications de l'environnementabiotique.

III.4. LES INTERACTIONS AU NIVEAU DES

ECOSYSTEMES SOL-VEGETAL

Le sol et la végétation forment unécosystème, c’est-à-dire un système limitédans l'espace constitué par l'ensemble descommunautés d'êtres vivants qui s'ytrouvent et par l'ensemble des conditionsénergétiques, physiques, chimiques etbiologiques qui règnent au voisinageimmédiat de ces êtres vivants(DOMMERGUES et MANGENOT, 1970). Danscet écosystème, et comme l'illustre lafigure n°3, des interactions semanifestent :

• entre les communautés microbiennes etle sol (milieu organique et minéral)(interactions A1 - A2 sur la figure n°3) ;

• entre les communautés microbiennes etla végétation (interactions B1 - B2 sur lafigure n°3) ;

• entre les communautés microbiennes(interactions C1 - C2 sur la figure n°3) ;


Figure n�°3 : Interactions entre les micro-organismes et l'écosystème sol-végétation(d'après DOMMERGUES et MANGENOT, 1970)

micro-organismestelluriques

micro-organismestelluriquessol sol

B1 B2 B1 B2

A1

A2

A1

A2

C1

C2

ECOSYSTEME SOL-VEGETATION

INTERACTIONS ENTRE LES MICRO-ORGANISMESET L'ECOSYSTEME SOL-VEGETATION


IV. La phytoremédiation

Outre les effets de séquestrationmécanique simple du fait de l'existencemême d'une couverture végétaleempêchant, par exemple, les envols depolluants et donc une contaminationcentrifuge, les relations entre métauxpolluants et végétal sont complexes. Nousavons vu que le métal pénètre dans laplante, il s'y trouve chélaté par desmolécules organiques qui le prennent encharge de façon à ce qu'il ne perturbe pasle fonctionnement normal de la cellule. Lemétal subit des modifications de sa formechimique et acquiert donc des propriétésnouvelles et lorsqu'il se retrouve dans lalitière il peut être plus ou moinsimmobilisé. Le végétal peut aussi rejeter auniveau des racines des moléculesorganiques qui chélatent les métauxprésents dans la rhizosphère. Enfin, letapis végétal est un ensemble interactifentre les végétaux supérieurs, leschampignons du sol, les bactéries, et c'estcet ensemble qui peut être responsabled'une réduction des effets polluants desmétaux au cours du temps et provoquerune remontée et une accumulation desmétaux dans les parties superficielles dusol.

IV.1. HISTORIQUE

La phytoremédiation n'est pas un conceptnouveau (WALTON et ANDERSON, 1992,CUNNINGHAM et LEE, 1994) : il y a 300 ans,on utilisait déjà les plantes pour letraitement de l'eau. Cependant, depuis lemilieu des années 70, suite à différentsrapports indiquant que les pesticidespersistent souvent plus longtemps dans lessols non végétalisés que dans les solsvégétalisés, la remédiation basée sur lesplantes a été proposée pour les bouesdraguées et les sols contaminés par lesmétaux et les toxiques organiques. Cetteméthode s'est aussi développée dans le

contrôle de la pollution de l'air. Dans lesannées 1990, différents chercheurs ontsuggéré que la végétation pourrait êtreutilisée pour augmenter la dégradationmicrobienne des polluants. Après l’étudedes pesticides, l’intérêt se porte sur lespolluants organiques : leur dégradationpourrait être favorisée, in situ, lorsque lesplantes et les micro-organismes de larhizosphère sont exposés longtemps à untoxique (WALTON et ANDERSON, 1992).

Lors d'une exposition chronique, les micro-organismes qui peuvent dégrader untoxique ou survivre à des concentrationsde toxiques élevées dans un sol, ontnaturellement des chances de devenir plusabondants sur un terrain pollué. De plus,les taux de dégradation microbiennepeuvent être accélérés par une plante-hôteassociée. On comprend donc l'avantagedes espèces végétales natives de la régionou très adaptées au site, à sonenvironnement.

IV.2. DEFINITIONS

Face à ces constatations, laphytoremédiation a été définie commel'utilisation de plantes vertes et de leurmicrobiotes associés, d'amendement dusol et de techniques agricoles pouréliminer, contenir, ou rendre moinstoxiques les contaminants environnemen-taux (Cunningham et al., 1995).Lorsqu'elle est utilisée pour l'éliminationdes métaux toxiques du sol (métaux lourdset radionucléides), elle fait appel àl'utilisation de plantes sélectionnées etaccumulatrices de ces métaux (ERNST,1988).

Elle comprend alors trois aspects (SALT etal., 1995) :


• la phytostabilisation : utilisation desplantes pour diminuer la mobilité(biodisponibilité) des métaux lourds dansles sols, cela engendre une réduction dulessivage ou de la dissipation dans l'air ;

• la phytoextraction : utilisation desplantes accumulant les métaux lourds pourextraire les métaux toxiques du sol (pourtransporter et concentrer les métaux dusol dans les parties des racines récoltableset les parties aériennes) ; cela sous-entendl'utilisation de plantes à croissance rapideet produisant une biomasse importante.Malgré cela, il s'agit d'une méthode lente ;

• la rhizofiltration : utilisation des racinespour éliminer les métaux toxiques deseaux polluées ; les racines absorbent,précipitent et concentrent les métaux deseffluents pollués ; cela sous-entendl'utilisation de plantes dont les racines ontune croissance rapide ; les mécanismes deprélèvement des métaux varient selon lesplantes : processus biologique ou sorptionde surface par les racines, c’est-à-direcombinaison de processus physiques etchimiques tels que la chélation, leséchanges d'ions et l'adsorption spécifique(ne requérant pas d’activité biologique, ellepeut se faire sur des tissus morts).

Les auteurs de cette classification (SALT etal., 1995) ajoutent qu'il existe égalementune « bioremédiation assistée par lesplantes » : les racines des plantes,conjuguées à leurs micro-organismesrhizosphériques sont utilisées dans lecadre de la remédiation des solscontaminés avec des composésorganiques. ANDERSON et al. (1995)précisent que les micro-organismes de larhizosphère augmentent lestransformations biochimiques despolluants.

IV.3. INTERETS DE LA

PHYTOREMEDIATION

La phytoremédiation est une alternative àfaible coût ou un complément aux

technologies de traitement intensives etcoûteuses. De plus, au contraire detechnologies qui déplacent simplement lespolluants, la végétation offre un moyend'éliminer totalement les déchets des sols,puisque, dans la rhizosphère, les polluantssont totalement détruits (minéralisés) (casdes polluants organiques) (ANDERSON etal., 1993).

Les conceptsEn phytoremédiation, la plante est utiliséecomme "remédiateur" (NEWMAN, 1995).CUNNINGHAM et LEE (1994) la décrivent entermes techniques afin de clarifier leconcept de phytoremédiation. Ainsi, laplante verte devient un système depompage et de filtration actionné par lesoleil et qui a des capacités inhérentes dechargement, dégradation et engorgement.Les racines sont des extracteursd'exploration de la phase liquide quipeuvent trouver, altérer et/ou transloquerdes éléments et des composés contre desgradients chimiques importants. Lessurfaces des racines supportent desbiofilms bactériens actifs et des extensionsfongiques qui augmententsignificativement la surface de contactavec le sol et les capacités métaboliques(davantage de paramètres physico-chimiques du sol peuvent être altérés). Aucours de l’évolution, les plantes ontdéveloppé des mécanismes pour s'adapteret se multiplier dans des conditionshostiles (polluants, composés toxiquesproduits par d'autres plantes, micro-organismes...). Des plantes ont donc misen place des mécanismes racinaires quiimmobilisent les métaux dans les racineset diminuent la translocation jusqu'auxfeuilles où les métaux seraient toxiques.D'autres plantes ont développé desmécanismes complexes pour tolérer,absorber et transloquer des quantitéssignificatives de métaux lourds et sontdonc utilisées dans la remédiation.

Différentes techniques de phyto-remédiation existent :


• Stabilisation : isolement des polluantspar confinement, c’est-à-dire stabilisationbasée sur les échanges entre le sol et lesracines. Il n'y a pas de diminution des

polluants, mais les risques pour la santé etl'environnement sont réduits à un niveauacceptable. La figure 4 illustre cettetechnique.

Figure 4 : La phytoremédiation en tant que système de confinement des polluants(CUNNINGHAM et LEE, 1994)

• Phytoaccumulation : les plantesabsorbent les polluants dans le sol et soitles métabolisent en éléments nontoxiques, soit les incorporent dans uncomposant cellulaire stable tel que lalignine.

• Dégradation : diminution des polluantspar dégradation microbienne. Les plantesgénéralement ne réduisent pas lesxénobiotiques à l'étape finale de lamolécule simple. Il faut pour celacombiner l'infrastructure et la natureautotrophique de la plante avec la capacitéde dégradation des micro-organismes ;c'est ce qui se passe dans la rhizosphère(CUNNINGHAM et LEE, 1994).

Néanmoins, la nature complexe desxénobiotiques nécessite pour leurtransformation complète l'interaction desmicro-organismes aux niveauxmoléculaires, physiologiques etécologiques. Les enzymes dégradatricesnécessaires à la minéralisation peuvent être

présentes dans la communautémicrobienne mais pas dans une seuleespèce. La rhizosphère permet l’existencede nombreuses et diverses communautésmicrobiennes et facilite leur interaction.

La prolifération des racines est un moyende distribuer les micro-organismes àtravers le sol lorsqu'ils sont portés par lesextrémités des racines en croissance. Laprobabilité de contact entre les micro-organismes et les composés toxiques enest augmentée. Ceci est vrai pour lessystèmes racinaires fasciculés et pour lesracines pivotantes. Les graminéespossèdent le système fasciculé le plusdense, ce qui explique leur choix fréquentdans les expériences de phytoremédiationdes Hydrocarbures AromatiquesPolycycliques (HAP) (APRILL et SIMS, 1990).Les légumineuses et les espèces àactinorhizes, fixatrices d'azote et porteusesde micro-organismes dans leurs racines,sont également des espèces utiles pour laphytoremédiation des xénobiotiques

diminution de l'érosion

séquestrationdans les racines

ajoût d'amendementset de plantes

prélèvement de l'eau et descontaminants dans les racines

diminution dupotentiel de lessivage

diminution de la disponibilitébiologique et du lessivage

des métaux

plante choisie pour sa tolérance,ses habitudes de croissance, sa structure racinaire,

son taux de transpiration et/ou sa translocationréduite des polluants au sommet


organiques. On peut, pour en augmenterl’efficacité, sélectionner, cultiver etinoculer les souches les plus performantessur les plantes hôtes (CASTANER, 1991).

Les plantes et leurs racines peuvent créerun environnement dans le sol riche enactivité microbienne qui peut changer ladisponibilité des polluants organiques eten augmenter la dégradation. En effet,comme nous l'avons vu, les racinesfournissent des exsudats racinaires, leur

sénescence fournit des substrats pour lemétabolisme microbien. Les exsudatsfacilitent les transformations métaboliquesdes composés xénobiotiques qui par euxmêmes ne peuvent soutenir la croissancemicrobienne (HSU et BARTHA, 1979). Parexemple, les enzymes sécrétées par lesplantes oxydent des polluants tels que leTNT (NEWMAN, 1995).

La figure 5 présente schématiquement ladépollution des sols basée sur les plantes.

Figure 5 : Principe de la dépollution par les plantes de sols contaminés par des polluants organiques(CUNNINGHAM et LEE, 1994)

Les limitesLa phytoremédiation, technologienaissante (NEWMAN, 1995), connaît encorede sérieuses controverses. WACKETT etALLAN (1995) s'insurgent contre desrésultats présentés par ANDERSON et al.(1993). Ils estiment que la relation étroiteentre la phytoremédiation et larhizosphère est surévaluée, les résultats neleur semblant pas convaincants et lesconditions d'expérience erronées.ANDERSON et al. (1995) maintiennent leurconclusion : les plantes, en conjonctionavec leurs communautés microbiennesassociées, offrent une stratégie detraitement potentiellement importante

pour la phytoremédiation in situ de solspollués par des composés chimiques. Ilspréconisent de plus l'étude en plein champsans oublier, comme le conseillentWACKETT et ALLAN (1995), l'étude, enparallèle, des interactions entre les planteset leurs communautés microbiennes(influence de la structure racinaire,possibilité pour les racines de libérer descomposés surfactants pouvant solubiliserles xénobiotiques,...) (ANDERSON et al.,1993).

En effet, le seul facteur important quilimite l'application de techniquesbiologiques des systèmes plante-

translocationaux tiges

dégradation /séquestration

dans les racines

adsorptionet absorption

racinaire

dégradation microbiennedans la rhizosphère

incorporationdans l'humus

dégradation / séquestrationdans les parties supérieures de la plante

récolte, enlèvementet destruction

ajoût d'amendements au sol capablesd'augmenter la croissance de la plante,

de diminuer le lessivage des polluants etd'augmenter la biodisponibilité


microorganismes-sol pour la phyto-remédiation est le manque decompréhension des propriétésbiochimiques, physiologiques etgénétiques des plantes et des micro-organismes de la rhizosphère contrôlant ladégradation. L'importance relative defacteurs élémentaires des plantes etmicro-organismes tels que la surfaceracinaire, la biomasse racinaire, le ratio desvolumes, les exsudats racinaires, labiomasse microbienne, les associationsmycorrhiziennes et la structure descommunautés microbiennes, dans lacontribution à la dégradation dessubstances organiques dans la rhizosphèreest inconnue (WALTON et ANDERSON,1992).

IV.4. LA PHYTOSTABILISATION DES

POLLUANTS METALLIQUES

La phytostabilisation ou phytorestaurationavec ou sans immobilisation chimique estsimple, peu coûteuse et peut devenir unetechnique très intéressante pour denombreux sites pollués. Contrairement auxtechniques habituelles, laphytorestauration permet la création d’unnouvel écosystème sain sur un site commecomposante du processus de traitement.

Actuellement, cette technique n’est pasentièrement acceptée comme étant unealternative de traitement. Sonhomologation, comme techniqueacceptable et solide, dépend du supportpublic et législatif, qui peut être obtenu envalidant la phytorestauration lorsd’expériences de laboratoires etdémonstrations sur le terrain avec dessites pollués existants. Des investigationsde laboratoires prometteuses ont déjàpermis le développement de cettetechnique. Des validations à l’échelle dupilote terrain sont en cours.

IV.5. LA PHYTOEXTRACTION DES

POLLUANTS METALLIQUES

L'accumulation des métaux dans lesplantes est connue depuis le début dusiècle, mais l'utilisation de cettepotentialité à extraire les élémentstoxiques du sol est récente. En 1983,CHANEY suggère que les planteshyperaccumulatrices soient utilisées in situpour extraire les métaux du sol. Un sitepollué serait semé avec des espèceshyperaccumulatrices qui seraient fauchéeset brûlées une fois matures, produisantainsi du “Bio-minerai”. Ce matériel,contenant un fort pourcentage de métauxpourrait être stocké en décharge, oumême réinjecté dans le cycle deproduction, rentabilisant ainsi les frais desopérations de remédiation.SALT et al. (1995) estiment le coût de laphytoremédiation entre 60 000 et100 000 US$ par hectare, ce quireprésente environ la moitié de la sommeinvestie pour la procédure traditionnelle lamoins chère.

La capacité phytoextractrice d'une plantedépend de la concentration des élémentsdans la plante (plus précisément dans lapartie aérienne, du fait de la difficulté àextraire les racines du sol) et de laproduction de biomasse. Il existe deuxvoies de recherche pour l'obtention deplantes qui conviennent le mieux à laphytoextraction :

• La première consiste, en partant deplantes hyperaccumulatrices qui de façongénérale produisent une faible biomasse, àaugmenter la production de matièrevégétale. Ceci en jouant sur les conditionsde culture ou par la sélection de types plusperformants ou encore par lesmanipulations génétiques. Cette approcheest celle de CHANEY et al. (1997).

• La seconde utilise des plantesproduisant une biomasse importante maisavec une plus faible capacitéd'accumulation (SALT et al., 1995). Letravail consiste à trouver le moyend'augmenter la teneur métallique dans la


plante : par l'ajout d'agent chélatant(HUANG et CUNNINGHAM, 1996 ; BLAYBLOCKet al., 1997) ou d'engrais, par la sélectiondes types les plus accumulateurs au seindes populations naturelles ou encore par letransfert des gènes responsables de lacapacité bioaccumulatrice (RASKIN, 1996).

Il y a plusieurs limites à l'utilisation de laphytoremédiation. La principale est que lesplantes n'extraient qu'une quantité limitéede métal, au mieux quelques centaines dekg par an. Ce facteur limite la quantité depolluant qui peut être extraite en un temps“raisonnable”. Les sols contenant plusieurspour-cent de métaux, comme les sitescalaminaires du Nord – Pas de Calais,demanderaient de très nombreuses annéespour être nettoyés par ces procédés. Cettetechnologie s'applique donc à des sitesfaiblement ou moyennement pollués. Uneautre limite est que le site à décontaminerdoit présenter des conditions favorables audéveloppement des espèces utilisées. Unemauvaise adaptation aux conditionsclimatiques peut par exemple causer unretard de croissance et se répercuter sur letaux d'extraction de métal par la plante. Demême, les facteurs édaphiques comme lagranulométrie, le pH, les déficiences enéléments biogènes ou en oligo-élémentsdoivent être pris en compte.

Phytoextraction du Zinc et duCadmiumLe zinc et le cadmium sont des polluantsubiquistes souvent présentssimultanément sur les sites contaminés. Lezinc est phytotoxique et réduit lerendement des plantes avant d'avoir uneffet nocif sur la chaîne alimentaire. Lecadmium est une toxine de la chaînealimentaire qui inhibe rarement lacroissance végétale. Bien qu'il ne soit pasun élément essentiel, le cadmium estabsorbé facilement par le végétal. Lespropriétés chimiques de cet élémentproches de celles du zinc, laissent penserqu'il pourrait être absorbé de la mêmefaçon que ce dernier.

Le concept de phytoextraction a d'ailleursété proposé pour la premières fois pour lecadmium il y a plus de quinze ans,cependant les progrès réalisés dans cettevoie sont relativement récents.Un certain nombre d'espèces sont connuespour être des hyperaccumulatrices de zinc(Tab.2), mais seulement deux, Thlaspicaerulescens et Arabidopsis halleri sontreconnues comme hyperaccumulatrices decadmium. Dans le cas du cadmium, le seuild'hyperaccumulation a été fixé à 100 ppm(BAKER et al., 1994). La plupart deshyperaccumulatrices de zinc appartiennentà la famille des Brassicaceae. (Ex :Cardaminopsis halleri dans le Nord - Pasde Calais). Des espèces d'autres famillesont aussi été reconnues commehyperacumulatrices de Zinc (ex : Violacalaminaria).Les premières indications données sur lespossibilités de phytoextraction du zinc etdes métaux associés émanentd'expériences en pots avec utilisation deT. caerulescens, sur sols amendés par desboues polluées, (BAKER et al., 1991). Il aété estimé que T. caerulescens pouvaitextraire 34 kg/ha de Zn ; 0,16 kg/ha deCd ; 0,25 kg/ha de Ni ; 0,22 kg/ha de Pb ;0,4 kg/ha de Cu et 0,27 kg/ha de Cr.Les expériences suivantes se sontdéroulées sur des sites ou lacontamination en métaux lourds était dueà l’application de boues d'épandage depuis20 ans. Ces expériences avaient pour butde quantifier le métal extrait par un certainnombre d'espèces supposées ou connuescomme hyperaccumulatrices (MC GRATH etal., 1993). Le sol était contaminé par :124 à 444 ppm de Zinc, 26 à 138 ppm deCu, 20 à 35 ppm de Ni, 2 à13 ppm de Cdet 40 à 136 ppm de Pb.

Légende du tableau 3 : Maximum (A) etmoyenne (B) de la concentration en zinc(Kg/t), maximum (C) et moyenne (D) durendement (t/ha) et maximum (E) etmoyenne (H) de métal extrait (kg/ha).


A B C D E FT. caerulescens 10.63 3.86 5.4 4.4 57.4 17

T. caerulescens (2) 6.33 3.65 8.7 5.7 55.1 20.8C. halleri 5.21 3.21 2.7 2 14.1 6.4

Tableau 3 : Résultats obtenus pour l’accumulation du Zn

(MC. GRATH et al., 1993)

MC GRATH et DUNHAM (1997), en utilisantdes données en jardin d'expérience,montrent que T. caerulescens et C. halleripeuvent extraire un maximum de 41 et0,15 kg/ha/an de zinc et de cadmiumrespectivement. Toutefois, l'extractionmoyenne est de 15 et 0,05 kg/ha/an.MC GRATH et al. (1997) montrent aprèsune culture de T. caerulescens, unediminution de la fraction de Zn extraite parNH4NO3 (1M) de 0,1 à 0,8 ppm, etsimultanément une diminution de 1 à 9%de la fraction de zinc total. Ils endéduisent que plus de 90% du zincabsorbé par la plante provient de lafraction non-extractible du sol. Il a aussiété calculé que 1,44 ppm de zinc et 44ng/g de cadmium par semaine étaientextrait du sol. Les auteurs ont doncproposé un modèle de phytoremédiationbasé sur ces résultats qui aurait prisrespectivement 28 et 15 ans pour extraire

tout le cadmium et le zinc d'un sol agricolepollué par 2100 et 38 ppm de zinc etcadmium total respectivement. Dans cemodèle, le fait que le taux d'extractionvarie en cours du temps en fonction de lasaison et de l'âge de la plante n'est pas prisen compte. Des informations plus réalistessur des données de terrain sont doncnécessaires. DERAM (1996) a en effetmontré de telles variations chezArrhenatherum elatius des milieuxcalaminaires.

ROBINSON et al. (1998), partant dedonnées expérimentales obtenues à partirde T. caerulescens (biomasse obtenueaprès fertilisation : 5,2 t/ha ; teneur enzinc : 1,6%/matières sèches ; teneur encadmium : 0,16%/matières sèches), fontles estimations présentées dans le tableausuivant (tab. N° 4 ).

Teneurs initialesdu sol (µg/g)

Quantité de métal (kg)(densité du sol : 1,3 ;enracinement : 15cm)

Nombre de récoltes annuellespour diminuer de moitié la teneur du sol

Zinc Cadmium100 000 (10%) 150 000 1 625 11 60620 000 (2%) 30 000 325 2 32010 000 (1%) 15 000 163 1 160

2 000 (0,2%) 3 000 33 2311 500 (0,15%) 2 250 24 1741 000 (0,1%) 1 500 16 116

500 (0,05%) 750 8,1 59200 (0,02%) 300 3,3 23100 (0,01%) 150 1,6 12

20 (0,002%) 30 0,33 2,310 (0,001%) 15 0,17 1,22 (0,0002%) 3 0,04 0,23

Tableau 4 : Estimations d’extraction de Zn et Cd par T. caerulescens

(ROBINSON et al., 1998)


BROWN et al. (1994) comparentT. caerulescens et Lycoperssion esculentum(non métallophyte) quant à leur capacité àextraire le zinc et le cadmium des sols detrois sites subissant une contaminationaérienne. T. caerulescens montre une plusgrande tolérance vis-à-vis des métauxprésents. Il contient jusque 18 000 ppmde zinc et 1 020 ppm de cadmium dans lapartie aérienne sans effet sur lerendement.Dans une revue récente, MC GRATH (1998)relate 11 publications concernantT. caerulescens.D'autre part, il est important pour laphytoextraction d'établir si l'extractiondécline avec le temps. Sur deux sitesmodérément pollués, testés jusqu'àprésent, cela ne semble pas être le cas(BROWN et al., 1995 ; MC GRATH etDUNHAM, 1997), mais le rendement varieau cours du temps. La question durendement et de la concentration en métaldans la plante a souvent été discutée pourle zinc (CHANEY et al., 1997, MC GRATH etDUNHAM, 1997). Tous deux sont lesvariables clés dans l'efficacité du procédéde phytoextraction.

Phytoextraction potentielle du PlombLe plomb est un métal difficile pour laphytoextraction parce qu’il est fortementlié a la matière organique et minérale dusol. Peu de plantes sont connues pour êtredes hyperaccumulatrices de plomb. A titred’exemple, Thlaspi rotundifolium contientde 130 à 200 ppm (REEVES et BROOKS,1983). Quand des teneurs importantessont signalées dans les feuilles, des doutessont souvent émis quant à l'efficacité dulavage des échantillons pour les espècessubissant une pollution aérienne. Laplupart du plomb accumulé par les plantesse trouve en général dans les racines(HUANG et CUNNINGHAM, 1996).Parmi les principales Brassicacea testéespar KUMAR et al. (1994), B. juncea est laplus efficace pour accumuler le plomb.Parmi les espèces cultivées etexpérimentées sur des sites contaminés,

les teneurs les plus élevées ont ététrouvées chez Zea mays et Helianthusannus (HUANG, 1997).La méthode la plus prometteuse pouraugmenter l'accumulation du plomb parles plantes semble être de mobiliser cedernier en utilisant des agents chélatants.HUANG et CUNNINGHAM (1996) ont ajoutédu HEDTA (0,2%) à un sol sableux depH(H2O) : 5,1 contenant 2 500 ppm deplomb total et ont trouvé que laconcentration en plomb dans la partieaérienne des plantes pouvait êtremultipliée par un facteur de 265 après unesemaine, date à laquelle les plantesmeurent. Des essais ultérieurs ont montréque, parmi les chélatants, l'EDTA était lemeilleur agent de désorption (HUANG,1997 ; DERAM et al 2000 ; ANDERSON etal., 2001).Un autre problème rencontré par lesplantes des sites contaminés par le plombest la déficience en phosphate. Ceci est dûà la formation de phosphate de plombinsoluble. Ce manque peut être compensépar une application de phosphate. On notealors une augmentation de biomasse etl'augmentation du plomb dans la partieaérienne > 400%, bien que laconcentration en plomb dans la biomassediminue (HUANG et al., 1997).Jusqu'à présent, il n'existe qu'unepublication sur des données de terrainpour la phytoextraction du plomb, bienque des essais soient maintenant conduitssur de nombreux sites (CUNNINGHAM etBERTI, 1993).

Il semble indispensable que laphytoextraction du plomb prenne encompte les éléments suivants :• l’application d'agent chélatant comme

l’EDTA,• un système pour contenir le lessivage

du sol et éviter la pollution de la nappesuite à la mobilisation des métaux parles chélats,

• un complément phosphate,• une modification de la croissance de la

plante que ce soit, par exemple, uneaugmentation de densité racinaire ou


une augmentation de la taille desracines.

Les composés utilisés pour augmenter lamobilité des métaux doivent pouvoir êtrecontrôlés. Leur dégradation et leurpotentiel toxique pour l'environnementdoivent être examinés. Par exemple,l'EDTA a une demie vie de 10 à 20 joursquand il est appliqué à raison de 1 à2 g/kg de sol (MEANS et al., 1980). Aprésent, le problème majeur semble êtreque la croissance de la plante estlourdement affectée après que labiodisponibilité du plomb soit augmentée.Les articles publiés ne donnent pas lerendement de plantes accumulant plus de10 000 ppm de plomb, rendant doncimpossible le calcul de l'efficacité de laphytoextraction. Toutefois un calculmontre que le maïs, ayant une productivitéde 25 t/ha/an de biomasse aérienne, avecune teneur en Pb de 1,06% peut extraire265 kg Pb/ha. Avec deux fauches par an ilfaut 7 à 8 ans pour réduire la pollutiond'un sol de 2 500 ppm à 600 ppm (HUANGet CUNNINGHAM, 1996).

Phytoextraction d'autres éléments

NickelLa première suggestion réaliste concernantla phytoextraction des métaux a été faitepour le nickel (CHANEY, 1983). A partir dela connaissance de plantes hyper-accumulatrices, il a émis des hypothèsesbasées sur des plantes contenant 1% denickel dans les feuilles, 25% dans lescendres, ce qui est équivalent à un richeminerai de nickel. Si un sol contenant1 000 ppm de nickel sur une profondeurde 15 cm, était planté avec des hyper-accumulatrices contenant 10 000 ppm etayant un rendement de 5 t/ha/an alors,50 kg/ha/an de nickel seraient extraits et lesite serait nettoyé en 20 ans. Desrecherches récentes ont utilisé une espèceBerkheya codii dont la biomasse est quatrefois plus élevée (R.R. BROOKS, com. pers.)ce qui est prometteur pour la

décontamination rapide des sols polluéspar le nickel.

MercureLe mercure est fortement lié au sol et n'estpas facilement assimilable par les plantesce qui peut expliquer pourquoi aucuneespèce hyperaccumulatrice ne soit connue.Récemment, des biologistes moléculaires(RUGH et al., 1996) ont inclus, dansArabidopsis thaliana, les gènes desynthèse d'une enzyme : la réductasemercurique (qui réduit la toxicité de l'ionHg2+ en le transformant en Hg0). Cesplantes transgéniques absorbent Hg2+, ysont tolérantes et produisent uneimportante quantité de Hg0. Les auteurscherchent maintenant à savoir si les gènespeuvent être utilisés chez d'autres espècesayant une plus grande biomasse. Se poseraalors le problème du contrôle des plantestransgéniques.

ArsenicCet élément pose des problèmes surd'importantes surfaces étant donné sonutilisation dans de nombreux procédésindustriels et en tant qu'herbicide. Aucuneespèce hyperaccumulatrice d'arsenic n'estconnue, pourtant les plantes tolèrent etsont capables d'absorber l'arsenic, qui estun anion similaire au phosphate.

ThalliumUne hyperaccumulatrice de thallium (>1 000 ppm) a récemment été découverte,(LEBLANC et al., 1999) il s'agit de Iberisintermedia. Le thallium est potentiellementtoxique et se trouve en fortesconcentrations dans l'environnement dansla périphérie des cimenteries et desindustries métallurgiques. Iberis intermediaest capable d'accumuler 2 132 ppm dethallium dans ces feuilles sur un sol necontenant que 40 ppm. Le rendement deI. intermedia sur sol pauvre est de 2 t/ha,mais ceci peut être amélioré par l'ajoutd'engrais. Des espèces de Brassicaaccumulent plus de 450 ppm de thallium


près d'une cimenterie à Lengerich(Allemagne) (KEMPER et BERTMAN, 1991).Apparemment, des scientifiquesd'Hohenheim (Allemagne), essaient desplantes incluant Zea mays, Brassica napuset B. juncea pour leur potentialité àphytoextraire le thallium (KURZ et al.,1997).

Cuivre et cobaltLes hyperaccumulatrices de cobalt etcuivre existent (BAKER et BROOKS, 1989),mais il n’y a pas encore de données surleur utilisation pour la phytoextraction. 24espèces hyperaccumulatrices de cuivre ontété dénombrées dans des familles aussidiverses que les Cyperaceae, Lamiaceae,Poaceae et Scrophulariaceae. Leshyperaccumulatrices proviennentessentiellement des sols riches en cobaltet cuivre du Zaïre et de Zambie. Il estdifficile pour les chercheurs d'obteniractuellement du matériel biologique enprovenance de ces pays (instabilité civile).

Le cas des radionucléidesAucun cas de phytoextraction deradionucléides n'est connu jusqu'à présentbien que plusieurs études soientapparemment en cours (BLACK, 1995 ;CORNISH et al., 1995). L'attention estprincipalement focalisée sur les ions àlongue durée de vie de 137Cs et 90Sr, bienque l'accumulation d'uranium demandeaussi à être étudiée. Césium et strontiumont des configurations atomiquessimilaires au potassium et au calcium, quisont accumulés en grande quantité par lesplantes.La revue publiée par CHAPMAN (1996)révèle qu'il n'existe aucune espècehyperaccumulatrice de ces éléments, c'està dire qui contienne une quantitésupérieure aux autres espèces. Certainesespèces accumulent cependant desquantités non négligeables deradionucléides, qui peuvent encore êtreaugmentées en changeant l'environnementracinaire. En conditions contrôlées,Eucalyptus tereticornis extrait 31% ducésium et 11% du strontium présent dans

un sol tourbeux, en un mois (ENTRY etEMMINGHAM, 1995).Actuellement un certain nombre d'espècessusceptibles d'accumuler les radionucléidessont testées : Brassica juncea, B. napus,B. rapa et Helianthus annuus (BLACK,1995). L'accumulation peut êtreconsidérablement augmentée par l’ajoutd'agents chélatants. Certains engrais,calciques et potassiques, peuvent réduirel'entrée des radionucléides dans la planteen entrant en compétition avec eux (ENTRYet al., 1996). Par ailleurs, les engraisazotés en augmentant la croissance de laplante, augmentent aussi l’absorption deradionucléides.Un autre facteur qui peut favoriserl'absorption de radionucléides est le tauxde mycorhization. Les hyphes augmententen effet la surface d'absorption et deprospection du système racinaire de laplante. L'effet des mycorhyzes nécessitede plus amples investigations car il estprobable qu'ils puissent apporter auprocédé de considérables améliorations(ENTRY et al., 1996).

IV.6. LES QUESTIONS ESSENTIELLES A

RESOUDRE LORS DE LA MISE EN

PLACE D'UN PROJET DE

PHYTOREMEDIATION

Quelles plantes ?La phytoextraction dépend de laconcentration des éléments dans la plante(plus précisément dans sa partie aérienne)et de la biomasse (qui doit êtrerelativement importante). Il existe deuxpossibilités pour l'utilisation des plantesqui conviennent le mieux à ce procédé.La première est l'utilisation conventionnelledes plantes hyperaccumulatrices qui ontgénéralement une faible biomasse. Cetteapproche focalise le travail de recherchevers l'augmentation de la biomasse de cesplantes par addition d'engrais, la sélectiond'écotypes à large biomasse et lesmanipulations génétiques.La seconde est l'utilisation de plantes avecune biomasse importante et une capacité


moyenne d'accumulation. L'objectifconsiste alors à trouver le moyend'augmenter la teneur métallique dans laplante.

Dans le cas de boues moyennement etfaiblement polluées par plusieurs métaux,cette stratégie semble prévaloir.En effet : il n'existe pas d'hyper-accumulatrice pour tous les métaux. Lesplantes hyperaccumulatrices n'ont engénéral pour cible qu'un seul métal enforte concentration, elles ne sont donc pasadaptées à l'extraction de pollutionmultimétalliques en faible concentration.Augmenter la biomasse des planteshyperaccumulatrices n'implique pasforcement une augmentation proportion-nelle de l'accumulation. L'augmentation del'accumulation dans les plantes de fortebiomasse a déjà été testée, par simpleajout d'agent chélatant comme l'EDTA.Il convient maintenant de réunir en uneespèce les caractéristiques nécessaires àune plante pour être utilisable enphytoextraction. C'est à dire : la toléranceaux métaux, une accumulationconséquente dans la partie aérienne, unecroissance rapide, une forte biomasse.Cette espèce doit en outre être facilementadaptable aux techniques agricoles(fauche, fertilisations,...) et adaptées auxconditions édaphiques et climatiques dusite à décontaminer.

Une fois l'espèce choisie et sa capacité àaccumuler testée dans sa globalité, ilconvient de rechercher au sein desdifférentes populations, les individus lesplus accumulateurs.

Une sélection des individus sera effectuéeà deux niveaux :• Au niveau interpopulationnel : despopulations de milieux diversementpollués seront testées pour leurs capacitésaccumulatrices. La population accumulanten moyenne le plus sera sélectionnée.• Au niveau intrapopulationnnel : danschaque population, les individusaccumulant le plus seront sélectionnés. Il

conviendra par la suite de tester si lesbonnes performances d'un individu seconservent d'une année sur l'autre. Si celaest le cas, cette étape constituera uneforme de sélection en vue de l'améliorationdes performances d'accumulation.

Quels traitements ?La question posée est : Commentaméliorer l'accumulation de la plante ? Ilest possible d'agir à deux niveaux :

• Sur le sol, en augmentant labiodisponibilité des métaux. Ce résultat estgénéralement obtenu par deux typesd'amendements :

en acidifiant le sol ; en ajoutant un agent chélatant. Les

métaux complexés avec la matièreorganique du sol ne sont pasbiodisponibles pour la plante. L'agentchélatant entre en compétition avec lamatière organique et forme donc descomplexes chélat-métaux au détrimentde la matière organique. Les complexesnouvellement formés sont de petitetaille et se trouvent dans la solution dusol. Ils sont donc biodisponibles etassimilables par la plante. Les agentschélatants testés sont principalementl'EDTA, l’HEDTA, l’H2EDTA, l’H3EDTA etle DTPA, à différentes concentrations.

Après ces premièresexpérimentations, des traitementscroisés conjuguant acidification etagents chélatants peuvent être testés.

• Sur les plantes. La stratégie choisiepour le traitement des boues(accumulation moyenne, fort rendement),implique que la productivité soitimportante. Il est alors nécessaire de testersi l'apport d'agent fertilisant et d'hormonede croissance a une influence surl'accumulation, étant entendu qu'uneaugmentation de biomasse n'entraîne pasforcement l'augmentation del'accumulation.

Quelles techniques ?Après avoir justifié le choix d'une espèce etoptimisé les traitements chimiques, il faut


mettre la technique précisément au pointet éprouver les différentes options en sitespilotes.Cette partie de l'étude consisteraprincipalement à déterminer quand etcombien de fois les traitements chimiquesseront appliqués. Il faut par exempleprendre en compte la durée de vie deséléments ajoutés comme l'EDTA (10 à 20jours).

La fauche est un autre paramètreimportant du procédé de phytoextraction.Il faudra déterminer quand et combien defois faucher par an. Pour cela des

expériences traitant de l'influence de lafauche sur l'accumulation doivent êtremises en place. Il est important pour laphytoextraction d'établir si l'extractiondécline avec le temps. Sur deux sitesmodérément pollués, testés jusqu'àprésent, cela ne semble pas être le cas(BROWN et al., 1995 ; MC GRATH etDUNHAM, 1997) mais le rendement varieau cours du temps. La question durendement et de la concentration en métaldans la plante sont des variables clés dansl'efficacité du procédé de phytoextraction.


Conclusion

Nous avons vu que la végétalisation desites pouvait assurer 3 fonctions principales :une fonction esthétique, une fonction deprotection du sol et une fonction dans lescycles naturels et les traitements dedépollution. L’implantation d’une couverturevégétale spécifique nécessite de se soucier dudevenir des polluants et introduit la notion defilières économiques de gestion de laproduction végétale et des éventuels polluantsassociés.

La sélection des espèces végétales doitse faire en tenant compte de certainsparamètres, dont notamment la tolérance auxconditions particulières du milieu, la facilitéd’implantation, de croissance et dedissémination, la productivité,… De plus,certains sites nécessitent une amélioration dusubstrat avant la végétalisation. En effet,certaines caractéristiques du substrat sontprédominantes pour le végétal (conditionsextrêmes de pH, toxicité, absence denutriments, taux de manière organique,structure du sol, compaction, topographie).

Depuis le début des années 1990, l’idéed’utiliser les végétaux dans le traitement dessubstrats pollués ou pour les valoriser évolue etrassemble de plus en plus d’adeptes.Néanmoins, le passage de l’expérimentation enlaboratoire à celle de la parcelle de plusieurshectares nécessite quelques mises au point. Eneffet, les végétaux sont sensibles à denombreux polluants mais ils sont aussicapables d’assurer une certaine épuration desmilieux naturels. Cette caractéristiquedemande un effort de recherche pourdéterminer la ou les espèces les mieuxadaptées au contexte économique etenvironnemental du site (type de polluant,climat, filières).

Le phytomanagement est un outil degestion des sites industriels ou fortementanthropisés, pouvant inclure des fonctions trèsdiverses, notamment d'aménagement, de

production, d'environnement, de biodiversité etde dépollution,…

La phytoremédiation sensu strictorecouvre 3 aspects essentiels distincts oucumulatifs : la phytostabilisation, laphytoextraction et la rhizofiltration. C’est unealternative à faible coût, ou un complément àune technologie intensive et coûteuse.- La phytostabilisation permet la créationd’un nouvel écosystème sain sur un site, ensélectionnant des espèces végétalestolérantes aux conditions du site. Elleprésente l’intérêt d’allier une fonctionesthétique à la réhabilitation d’un site.- La phytoextration a le même avantageque la phytostabilisation. Cependant, cettetechnologie ne s’applique qu’à des sitesfaiblement ou moyennement pollués car lesplantes n’extraient qu’une quantité limitéede polluants (au mieux quelques centainesde kg par ha et par an).- La rhizofiltration utilise le systèmeracinaire des plantes pour éliminer lespolluants présents dans les eauxinterstitielles du sol. Cela nécessite unelixiviation des polluants et donc un suiviimportant des migrations de polluants dansle sol pour se préserver d’une dispersion dela contamination du sol ou vers les eauxsouterraines.

Les techniques douces de réhabilitationde sites pollués par les plantes, à titreprovisoire en attente d’un traitement ou à titrepérenne, sont prometteuses tant au niveauéconomique et juridique qu’au niveauenvironnemental. Ce type de gestion de lapollution en est encore au stade desexpérimentations pilotes sur site, notammentdans la région Nord - Pas de Calais. Cesrecherches permettront sans doute dedisposer d’arguments fondés pour améliorer lagestion des friches et sites anthropisés etdévelopper de nouvelles filières s'inscrivantdans une perspective de développementdurable.


Contacts

Pôle de Compétence Sites et Sédiments Pollués17, rue Edouard Delesalle

F-59800 LILLETél. : 33+ (0)3 28 36 93 59Fax : 33+ (0)3 28 36 93 62

e-mail : [email protected]

Henri-Charles DUBOURGUIERInstitut Supérieur d'Agriculture

Laboratoire Sols et Environnement41, rue du Port

F-59041 LILLE CEDEXTél. : 33+ (0)3 28 38 48 48Fax : 33+ (0)3 28 38 48 47


Daniel PETITUniversité des Sciences et Technologies de Lille

Laboratoire de génétique et évolution des populations végétalesBâtiment SN2

F-59655 VILLENEUVE D'ASCQ CEDEXTél. : 33+ (0)3 20 43 40 76Fax : 33+ (0)3 20 43 69 79



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Photographies en couverture : Jacques DELAY (arméria), Anne ANDERBERG (talspi, avoine, luzerne, houlque)Maquette et mise en page : Anne DOUTI

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