PHYTOREMEDIATION : Alternative à la Décontamination Ecologique des Sols aux Métaux Lourds As,Pb,Hg

24 Juillet 2016

PHYTOREMEDIATION , appelée aussi BIO-DEPOLLUTION (Bert;Deram 1999 / ARTEB 2006)une méthode  , reproductible de Dépollutions des Sols par les Métaux Lourds;c’est une méthode simple ,élégante et pouvant être élargie à beaucoup de contaminants,mais qui doit répondre à des rêgles simples:faible cout,facilités de mise en place ,pérénnité de l’action dans le temps;accès simplifié  à leur transformation industrielle (biomasse,bassin de décantation)

Les initiateurs sont nombreux et ont participé à la mise en place des processus de Biodépollution: ou Bioremédiation.

Cunnigham(1997)Flathman et Lonza( 1998) Ensley (2000)Broks(2000)Gordman (1997),Carman(1998),Salft 1995)Watanabe(1997) Blayhock (2000)Huang (2000)Zhu (1999)Betti(1995) Dushenkov (1995)

La phytoremédiation  du contaminant passe par plusieurs étapes:

 

 

1)Phytoextraction par les racines;la Rhizosphére ,symbiose d’action de la racine et microorganismes

.

La plante facilite l’extraction du métal du sol Kumar (1995).On peut planter la plantes ou les graines sur le sol pollué. ,plantes accompagnées avec un Chélateur et Acidifiant Huang,Cunnigham (1996) Lassa (1998).obligation de changer les plantes et faire des cycles de plantes Kumar (1995),surtout si présence d’Arsenic.

Méthode prenant en général un à 20 ans  pour une surface importante et sol peu profond et peu touché par les contaminants. Kumar;Blayhock (2000)

Pour le Zinc le Brassica Juncea est plus efficace que Thapsis curulescens

La plante doit supporter la salinisation;l’acidité,nature du sol,les insectes,craractére de l’irrigation

Le Plomb nécessite de choisir des plantes jeunes et génétiquement modifiées Blylock;Huang (2000)

 

 

 

2)Phytostabilisation des contaminants par accumulation dans les tissus végétaux,adsorption ou précipitation dans la racine

S’adresse à des sites sans protection (Betti et Cunnigham 2000).inactivation des métaux sur place,des métaux fixés au sol.;Surtout si le site est exposé au vent et Erosion..Cunnigham;Salt;Flathan,Betti,Schonor(2000)

Méthode efficace pour les sols de texture fine,et surtout si les plantes peuvent être endommagées par les métaux maladies ou insectes.

Festuca Rubra ;Agrostis Tenuis pour Plomb;Zinc;Cuivre

 

 

3)Rhizofiltration  par adsorption ou precipitation ou floculation,et sequestration dans la racine

La plante doit être capable d’accumuler  aisément et tolérer le métal,en un à deux ans avec un dépot de rétention de faible ,un impact sur une superficie  importante et capacité d’assurer une biomasse importante Dushenkov,Kapulnick(2000)

Essai avec la Jacinthe Elchhornia Cromps(Kay 1984et Zhu 1999).adapté au bassinde décantation de faible superficie.Zhou (1999)

Hydocotyle Unbellata Dieberg (1987)

Lemna Minor Mo(1997)

La composition issue de l’eau complique le séchage et incinération.Méthode plus onéreuse mais plus efficace sur Chrome,Plomb,Zinc.Dans l’ensemble réduit les déchets des bassins de rétention,les volumes traités sont plus importants,possibilité de recyclage,et possibilité de régulation.(Kumar 1997)

En régle les plantes terrestres sont plus faciles d’utilisations:racine fibreuse,bassin de rétention faible,procédure avec effets sur deux ans et plus.

Hellanthus pour  le PLOMB;

Brassica Juncea pour Cadmium;Chrome,Cuivre,Nickel;Plomb,Zinc

Procédure sur eau de ruissellement et eau de surface concernent Chrome;Plomb;Zinc Kumar (1995) Ensley (2000)

 

4)Phytovolatilisation par Perspiration ou modification du contaminant par la plante

Concerne surtout Arsenic,Mercure,Selenium.sa volatilisation a posé le problème de toxicité induite par cette procédure notamment avec le Mercure et Arsenic (Wetnak) mais Brooks (1992)  et collaborateurs ont limité ce processus en introduisant une réductase de l’ion Mercure modulant ainsi sa volatilisation. (Rugh 1996;Bizyli 1991)et par des plantes génétiquement modifiées

Etudes sur Typha Latifolia Pilon et Smith(1999,)

Selenium et Mercure avec Arabidopsis thaliana et Nicotiana Tabacum:de Sousa (2000) Heaton (1998)

Surtout cette méthode  permet d’accroitre rapidement l’accumulation des métaux dans les plantes Heaton(1988) et Rugh(2000)

 

Les 3 métaux contaminants  les plus visés

*ARSENIC dont la forme Pentavalent est toxique et carcinogéne chez l’homme

*PLOMB dont la contamination persiste longtemps dans les sols,causes de troubles Cérébraux (dont retard cérébral)

*MERCURE qui s’accumule dans les viandes animales et le poisson avec incidences Toxique Rénale et Neurologique

 

Pour l’essentiel les plantes agissent en accumulant (par biodégradation ou biotransformation)et excluant de la biomasse  le contaminant par l’intermédiaire des tissus végétaux aériens.

 

Par ADSORPTION des plantes sont impliquées directement  dans le processus  de décontamination du CADMIUM;CHROME;ARSENIC et RADIO-NUCLEOTIDES.

 

Par PHYTOEXTRACTION des plantes agissent sur la décontamination des métaux lourds sous conditions quelles  puissent elles-même croitre grâce au FER,MANGANESE;ZINC;CUIVRE,MAGNESIUM;MOLYBDENE.NICKEL

 

Certains métaux sont captées et interviennent sur la fonction biologique des plantes sans que celles-çi soient clairement définies,notamment :CADMIUM;CHROME;PLOMB;COBALT;ARGENT,SELENIUM;MERCURE(Intervient sur la photosynthèse)

 

Certaines plantes concentrent de 100 à 1000 fois les contaminants type Cadmium;Zinc;Cobalt;Manganèse;Nickel,Plomb,appelées hyperaccumulateurs

Les techniques de PHYTOREMEDIATION sont considérées comme avantageuse,accessibles sur des territoires  contaminés par des métaux lourds mais aussi composants organiques et inorganiques,(Huiles végétales,Hydrocarbures,Pesticides type organo-chloré;Phosphore,Azote)radioactifs,sol appauvri par haute concentrations en aluminium ou haut niveau de sel( défauts de gestion des eaux,fertilisants).

 

FACTEURS INTERVENANT sur  la PHYTOREMEDIATION

 

1)Niveau important  de concentration des contaminants inhibant la croissance des plantes;pollution trop profonde des sols.

2)Les Plantes jeunes sont les plus actives

3)Profondeur terrestre de la racine.la Racine demeure l’élément important de la Bio-Dépollution

4)Influence du Climat et Hydrologie:Exemple  de Methode applicable aux zones tempérées et non aux zones tropicales.

5)Composition chimique initiale des sols et interactions induites  des contaminants .(limon,calcaire)

6)Définir les plantes d’HYPERACCUMULATION concernant surtout Cadmium;Nickel;Arsenic;Zinc

7)Ne pas oublier que le MERCURE perturbe la Photosynthése de la plante et  ses mécanismes oxydatifs au niveau des chloroplastes et mitochondries

 

La DEPOLLUTION  par les Plantes ou PHYTOREMEDIATION est une discipline en expansion,bien que sujet dit”à la mode” ou “faisant le “Buzz”,la grande difficulté est de surmonter une inquiètude légitime ,dite mondialisée alors que pour l’essentiel,il s’agit de pollution de proximité,des eaux usées,des techniques agricoles à revaloriser et renouvellables,les publications sont relativement en progression mais les résultats necessitent résultats à long terme.comparaisons des essais et communications entre les intervenant scientifiques ,industries et agricoles.engageant des processus à long terme et péréennes,implicant un enseignement précoce dés l’école

Par exemple,le traitement des eaux usées nécessitent un principe de précaution élémentaire en protégeant les cultures de proximité qui peuvent être contaminée par ruisssellement des contaminants extraits des eaux usées..Surtout des espèces végétales de proximité ont été mis en évidence,permettant de revisiter le reboisement des espaces publics mais aussi régionnaux soumis pendant de longues années à l’extension de cultures intensives voraces en eau et produits phyto-sanitaires.On peut dire que  la Phytoremediation est une discipline en devenir

 

PRINCIPALES  PHYTOREMEDIATION de PROXIMITE

 

1)Phytostabilisation

pour  polluants Inorganiques

PEUPLIER,

SAULE

 

2)Rhizofiltration

pour polluants Organiques et Inogarniques

Tournesol( HELLIANTUS)

Brassica Juncea

Le Brassica ou Moutarde indienne peut concentrer 500mg de plomb par litre d’eau

THALSPSI ROTUNDIFOLIUM:Agit sur le Plomb et le Zinc

Perttu/Aronsson 2001/Joasson 2004

 

3)Région de Marécages,Etangs

 

TYPHA:agit sur Phosphore et Azote

PHRAGMITE

pour les  polluant organiques

 

Saule

Peuplier

 

5)Phytodegradation

 

Murier

Polluants organiques

 

6)Phytoextraction

Pour polluants organiques

Brassica Juencea

Thalspsi  Rotundifolium

 

6)Action sur Radionucleotides

Etudes récupelatives par  Dushenkov (1997):Uranium;Cesium;Strontium

*Champignons Pleurotus Eryngy agit sur le CESIUM et moins sur le Strontium et Cobalt

*Hebelema Cynlanstosporum agit sur le Cobalt.

 

*Vetiveria Zizanoïdes :Cesium et Strontium/Sing;Eapen,Thorat ,Raj,Kaushil.2006

 

Phragmytes Australis :Uranium;Thorium;Plomb

Misanthis Floridulus :Barium

Liu,Hu,Ding 2011

*Prathenenocissus Quinquefloium:Strontium

*Uranium avec le Tournesol. Timofiev ;Resovsky 1962/Salt 1998.

 

7)Action sur Cadmium;Cuivre;Zinc;Mercure(Kacalkova 2008):

Globalement action positive du Peuplier

Racine de MAIS:action sur Cuivre et Mercure

Saule :action sur Mercure.feuilles Cadmium;Zinc

Peuplier:action sur Zinc;Cadmium;Cuivre

 

8)Action sur Nickel

 

Streptanthus Polygaloïde

Thialspi Montanum

Allysum et Thialspi (Brooks 1979)

 

 

9)Taillis de Saule  à courte révolution

Action sur haute concentration de Cadmium des eaux usées (FCBA Janv 2012)

Clone de Peuplier action sur accumulation de Zinc et Cadmium

Roseau sur Phosphore et Azote des eaux usées.

 

10)Arsenic et Antimoine

Arabidposis Thaliana et ver de terre Aporrectodea caliginosa

Ulrike Jana /Université Paris-Est 2009

 

11)Laurier Rose (Neerium Oleander  agit sur le Plomb Fretas (1991)

Pelargonium ;Geranium. Saexa (1999) agit surtout le PLOMB mais aussi Cadmium;Nickel.

 

PRINCIPALES ETUDES DE BIO-PHYTO-DEPOLLUTION

Bibliographies d’après :

* USDA Forest Service Central Research Station

MARK COLEMAN et RONALD.S.ZALESNY /Mai 2006

*USEPA 2007

*GWRTAC 1997

Quelque soit la méthodologie si élégante soit -elle,il faut intégrer le processus de dépollution en terme global  la rhizosphére incluant les microrganismes et organismes fungiques contribuant  à l’équilibre et échanges chimiques du sol.

Les résultats  sont plus significatifs avec  les contaminants organiques

.La haute concentration à long terme des contaminants ,  un sol de faible profondeur(n’excédant pas un mètre) ,une faible irrigation ,érosion importante, ,acidité du sol(PH)espéces végétales trop agées peuvent être un frein au processus de Biophytoremédiation.

Contaminants:

*Organiques=:Xenobiotiques ;étrangers à un être vivant,dont les plantes

*Inorganiques=Métaux

On compte 400 espéces végétales pouvant cumuler plusieurs métaux,certaines sont spécifiques à un seul métal .

Majeti Narasimsha Vara Prada,de Oliveira Fretas 2002/Metal accumulation by plants

 

 

Les principaux Bio- Hyperaccumulateurs historiques

 

 

Brassica Juncea :PLOMB .Nauda Kumar 1995

Thiaspi Cuerulescens :NICKEL et ZINC Brown 1994

Thiaspi Rotundifolium :PLOMB .Kumar 1995

Alyssum Wulfanium NICKEL Reeves,Brooks 1983

Buxacée et Euphorbe:NICKEL Baker 1995

Brassica Juncea SELENIUM.Kenat

Peuplier ARSENIC;CADMIUM Pierzynski 1994

Hellantius(Tournesol)  CESIUM,STRONTIUM Adel 1996

Lepidium  Sativum :NICKEL  Mars 2015 Biology Essay.En ligne

 

 

 

 

 

<<<<<<<<<Metal- Plantes-Auteurs>>

 

1)ARSENIC

Leersia Oryzoides

.Ruke;Kurukote,Supprung.2006

2)PLOMB,ZiNC;NICKEL;MANGANESE;CUIVRE

Scripus Littoralis

Battacharya;Banerjee;Gopal.2006

3)CUIVRE;CADMIUM;CHROME;ZINC;FER;NiCKEL;MANGANESE.PLOMB

Triticum Aestivum

Brassica Campestris

Chandra;Bharagava,Yadav.2009

4)PLOMB

Alternanthera Phyloxeroides

Santivala Procumbens

Portulaca Grandiflora

Cho-Ruk;Kurukote,Supprung.2006

5)CADMIUM;CHROME;CUIVRE;NICKEL;PLOMB;ZINC

Brassica Rapa,Juncea;Napus

Van Ginneken;Meers;Guisson.2007

6)ARSENIC

Brassica Juenca

Gupta;Sharma.2009

7)CADMIUM,ZINC

Salix Viminalis

Hammer;Kayser;Keller.2003

8)CADMIUM,ZINC

Raphanus Sativus,

Hamon;Holn;Lorenz et co.1999

Hybride Populus pour ZINC

9)ZINC

Tripsacum Dactylius

Hinchman;Negri,Gatliff.1995

PLOMB et ARSENIC:

Hybride Salix et Populus

10)CADMIUM,NICKEL;PLOMB

Helianthus Annus

Liphadzi;Kirkhman;Manjkin.2003

11)ARSENIC,CADMIUM;MOYBDENE,PLOMB,ZINC

Sorghum

Muranyi;Kodobocz.2008

12)NiCKEL;CUIVRE;CADMIUM;ZINC

Salix

Pultord;Black;Stewart.2002

13) CUIVRE;PLOMB,ZINC

Festuca Arundiacea

Brassica Juncea

Salix  Viminalis

Roy;Labelle;Mehta.2005

14)MERCURE

 

Triticum Eastivum

Hordeum Vulgare

Lupinus Luteus

Chutia;Kato;Kojima.2009

15)PLOMB,ARSENIC

Petris Vitteta

Andrianisa;Ito;Saki,Aizaka.2008

16)PLOMB

Agrotis Capillaris

Bonney;Tyson;Lanza.2007

17)MERCURE

Festuca Rubra

Armoriacia Lapohifolia

Helliantus

Nowosielska;Gamimska,Stypa and co.2008

18)ZINC;CADMIUM;CHROME;CUIVRE

Populus

Sebastiani;Scebba,Tognetti.2004

19)FER;ZINC;PLOMB;CUIVRE;NICKEL;CHROME

Brachythecium

Sharma 2009

20)ARSENIC;COBALT;CUIVRE,PLOMB,ZINC

3 groupes de Populus et Salix Alba(Surtout pour le Zinc)

Vameralli,Bandiera,Coletto,Zanetti,Dckison;Mosca.2009

21)ARSENIC;COBALT;CUIVRE,PLOMB,ZINC

Populus;Salix

Vamerali;Bandiera,Coletto;Zanetti,Coletto ;Mosca 2009

22)Cadmium;CHROME

Salix

Musselman.and QEP.2011

23)CADMIUM;ZINC;CUIVRE,PLOMB

Salix

Vervacke;Tack,Lust;Verloo.2004

24)ARSENIC,CADMIUM;PLOMB;ZINC

Salix

Vyslouzila,Tlustos;Szkova;Pavkilova 2003

25)ARSENIC

Pteris Mutifidia

Srivastava;Ma;Rhatinasabapathi.2009

26)CUIVRE;PLOMB;CADMIUM;ZINC

 

Paulowni Tomentosa Fortuna

Tzvetkova,Milanova,Georgieva,Inanova,Genova,Markuska.2102

 

 

27)ARGENT;CADMIUM;CUIVRE,PLOMB,ANTIMOINE,ZINC

Triticum Vulgare

28)CADMIUM;CHROME;PLOMB;ARSENIC;MERCURE

Daza Sativa

29)CADMIUM;CUIVRE;PLOMB

Plantes aquatiques

Lepironia Articulata

Scripus Grossus

Nelumbo Nucifera

Calomba Frcata

Peudonas Helicops

Hebrahimpour;Mushrfah.2008

30) SELENIUM;ARSENIC

Pteris Vitata

Feng;Wei;Tu;Sun.2009

31)ZiNC;CUIVRE;CADMIUM;PLOMB

Potagomegoton natans

Alisma plantago -aquatiqua

Sagittaria Sagitifloia

Lemna Minnor

Lythrum Salicaria

Fritoff;Greger.2003

32)PLOMB

Surtout BRASSICA Juncea

Liu;Jiang;Xiu;Hou.2000

33)MERCURE ;

Brassica Juncea

Moreno;Anderson;Stewart.;Robinson.2008

34)MERCURE;CHROME;CUIVRE

Lemna Minor

Rakschace;Giahi;Pourahmad 2009

35)MERCURE,OR

Chilopsis Lieniris

Rodriguez;Peralta;Videa.,Isrea.2009

36)ARSENIC et SELENIUM

Surtout Arsenic pour Pteris Vittata

Srivastata,Ma and Co 2009

37)CUIVRE;NICKEL;

Salix Numinelis et Clones

Watson;Puilford;Black.2003

Tu;Ma;Fayai,Zillioux.2004

38)ARSENIC

Surtout avec Azolla carolinina

Zhang;Lin;Zhao.,Duan;Zhu.2008

39) le Probléme de l’Hypersalinité des Sols

Particulièrement étudié au Magrehb,Etude particulière de Abdelly en 2006.

Action sur les cycles du carbone et Azote et éléments nutritifs  avec rétention d’eau du sol et taux humique (Renforce le complexe Argilo-Humus)  Augmentation de  la Myccorhyzation des sols ou MYCOREMEDIATION.

40) Polluants et Actions des Bactéries

.

Etude par BIODEPOL 99.

Quelques exemples:

Métaux lourds :avec  Saccharomyces,Thiobacillus

Huiles grasse avec  Actinobacter,Pseudomonas.

Nitrate:Comamonas

Phosphates:Moraxella.

la Phytoremediation nécessite études croisées,avec impact économique et de reconversion écologique de proximité , la tendance est de s’appuyer sur les espéces locales de proximiité type Saule,Peuplier,Tournesol,dérivés des espèces Brassica,plantes herbacées de gazon ou aquatiques .La Phytoremediation est  une necessité d’avenir  s’intègrant dans une politique écologique à long terme permettant de réguler les modéles de production,réduire les toxicités environnementales et humaines ,impact direct sur l’érosion et lutte contre la désertification et maintenir les rendements hydriques..Une véritable stratégie européenne se met en place par Le BRGM ,on compte en FRANCE selon,l’organisme Alcor 250.000 sites potentiellement pollués.Pour toutes informations se rapprocher des organisme BRGM,ADEME.mise en place stratégie européenne Avril 2005 et fevrier 2007.