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La phytoremédiation ou comment utiliser la nature

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La phytoremédiation ou comment utiliser la nature

Environ 400 plantes sont classées comme hyperaccumulatrices. Parmi elles, le tabac (sur la photo), les moutardes, la luzerne, les tomates, les tournesols ou des plantes métallophytes comme le thalaspi caerulescens. Certains arbres, tels les saules et les peupliers, présentent également de bonnes aptitudes. (Doc. Thierry Dore/Inra.)

Utiliser les capacités des végétaux ou des micro-organismes pour dégrader ou éliminer les polluants, tels sont les objectifs de la phytoremédiation et de la biodégradation. Des techniques pertinentes, à condition de faire preuve de patience.

Parallèlement à des procédés plus classiques, les traitements biologiques assurent une décontamination et une détoxification parfois impressionnantes. Le système consiste à utiliser les ­capacités naturelles des végétaux ou des micro-organismes pour dégrader, détruire ou absorber les polluants organiques ou non. On recense notamment la phyto­remédiation et la bio­dégradation.

La phytoremédiation (du grec phyto ou plante, et du latin remedium ou remise en état) constitue un axe de recherche, mené notamment par l’Inra (Institut national de la recherche agronomique) en développement important. Elle consiste à dépolluer in situ (dans le sol) les terrains contaminés, avec des plantes capables de contenir, dégrader voire éliminer des produits chimiques toxiques ou des polluants du sol et de l´eau. Quatre principes de phytoremédiation sont envisageables : la phyto-extraction, la phytofiltration ou rhizofiltration, la phytovolatisation et la phytostabilisation.

Polluants absorbés par les racines

La phyto-extraction est utilisée pour éliminer les métaux, les pesticides, les solvants, les explosifs, le pétrole brut et les contaminants divers. Des végétaux – sélectionnés pour leurs capacités à fixer dans leurs ­racines ou leurs parties aériennes lesdits métaux – sont plantés sur le site. Les plantes hyperaccumulatrices ou métallophytes, aptes à extraire des volumes importants, seront privilégiées. Arrivées à maturité, elles seront arrachées, séchées puis incinérées. Les cendres sont alors traitées de manière à en extraire les métaux lourds. Des études réalisées avec du tabac et de la moutarde ont, par exemple, montré le bon potentiel d’extraction de ces deux plantes : environ 20 % du zinc, 60 % du cadmium et 40 % du plomb présents dans les échantillons de sédiments de ces expériences ont ainsi été extraits du sol.

Les avantages de cette méthode sont nombreux : l’activité biologique et la structure des sols sont maintenues après le traitement, le paysage reste ou redevient agréable grâce à l’implantation d’un couvert végétal, les métaux lourds sont récupérables facilement et les coûts relativement faibles. Les produits secondaires de la phytoremédiation peuvent être, dans une certaine mesure, valorisés : vente des métaux extraits du sol après incinération ou compostage de la récolte, ou utilisation de l’énergie thermique issue de la combustion pour la production d’électricité.

Mais cette méthode de dé­contamination reste partielle et ne permet pas toujours de réduire significativement la pollution des sites très atteints. Autre difficulté, les plantes capables d’accumuler les métaux lourds ont souvent une faible production de biomasse et une croissance lente.

Plusieurs plantes associées

Pour accélérer le processus, il est envisagé de les modifier génétiquement en y introduisant des gènes responsables de l’accumulation et de la résistance métallique.

Néanmoins, ce procédé constitue une première étape vers l’installation d’une végétation durable. Il peut être complété par la mise en place d’arbres, lesquels agissent à de grandes profondeurs (la phyto-extraction fonctionne au mieux lorsque les contaminants sont localisés dans les 70 premiers centimètres de terre explorés par les racines) En revanche, leur croissance est lente et l’accumulation des polluants relativement faible.

La mise en place de la phyto-­extraction implique bien évidemment une étude préalable des sols pour déterminer la nature des polluants (type et toxicité), mais aussi la fertilité du sol et les espèces de plantes adaptées au climat. Dans la plupart des cas, la contamination étant due à plusieurs métaux, différentes espèces de plantes sont associées, chacune accumulant le métal pour lequel elle est spécialisée. On cherche également à déterminer les pratiques agronomiques adéquates, de manière à obtenir une biomasse maximale et une concentration élevée en métal dans la récolte. Certains paramètres chimiques du sol peuvent améliorer le processus, comme l’abaissement du pH, qui accroît la disponibilité des métaux dans la solution du sol ou des agents chélateurs, comme l’EDTA ou le DTPA.

Ce procédé est également utilisé pour empêcher la dispersion des métaux non-biodégradables dans les eaux souterraines ou de surface. On parle alors de phytofiltration ou rhizofiltration. Dans cette configuration, les polluants sont absorbés par les racines des plantes supérieures.

Dans le même ordre d’idée, la phytovolatisation consiste à utiliser les plantes pour transférer et transformer les produits toxiques du sol en éléments volatils vers l’atmosphère.

Biodégradation : l’œuvre des micro-organismes

Mais cette technique n’est pas totalement satisfaisante puisque, même si elle décontamine, elle n’en libère pas moins des toxiques dans l’atmosphère.

Enfin, la phytostabilisation ­permet d’immobiliser la pollution dans le sol afin d’éviter sa dispersion. Elle offre l’avantage de réduire les processus d’érosion, de ruissellement et d’entraînement en profondeur des particules porteuses de polluants. Les graminées sont les plus efficaces en la matière.

L’autre grand procédé biologique – la biodégradation – ­exploite la capacité de certains micro-­organismes (champignons, bactéries, actino­mycètes et algues) à dégrader des polluants organiques : hydro­carbures (fuel, essence, kérozène…), composés chlorés tels que PCB (1), molécules nitrées type TNT (2). L’objectif étant de ramener les quantités de polluants à des niveaux acceptables selon les normes en vigueur. Les micro-organismes transforment les polluants organiques en molécules de moins en moins ­polluantes en termes de persistance et de toxicité. De fait, ils s’en nourrissent et les changent en eau et en dioxyde de carbone.

Avant toute intervention, cette méthode exige, comme précédemment, une étude des sols pour définir précisément le type de polluant présent. À chacun d’entre eux correspond en effet un ou plusieurs micro-organismes (voir encadré). Certaines études vont même jusqu’à identifier les séquences génétiques des bactéries, afin de déterminer les meilleurs moyens de stimuler leur action de dépollution. Mais il est aussi indispensable de veiller à ce que ces micro-­organismes ne prolifèrent pas de manière anarchique et ne deviennent pas source de problèmes, de par leur croissance naturelle ou la manière dont ils sont mis en œuvre sur le site.

Les biocentres, une méthode hors site

Ainsi, certaines bactéries employées pendant des années pour traiter des sols pollués par des solvants chlorés ont été reconnues avec le recul peu efficaces, le traitement microbiologique ayant généré des produits de dégradation (métabolites) plus toxiques et plus mobiles que les polluants. L’autre limite à l’utilisation de cette solution in situ tient à la profondeur que ces organismes peuvent atteindre qui dépasse rarement 70 cm. Leur relative lenteur d’action (de quelques mois à quelques années) constitue également une contrainte, souvent peu compatible avec les enjeux économiques de la revalorisation du site. Les performances de ces traitements biologiques peuvent être améliorées en les associant avec l’aspiration des gaz du sol. Avec cette méthode, dite de bio-­venting, les micro-organismes sont stimulés par la circulation d’air, et les molécules qu’ils font diminuer sont alors aspirées avec les gaz du sol.

Parallèlement, les « éco-industriels » mettent en place des biocentres (voir encadré) dans lesquels sont traitées des terres issues de sols pollués devant être réutilisés rapidement.

Aujourd’hui, les recherches portent sur la sélection de micro-organismes adaptés à la dégradation d’un polluant donné. Elles commencent à porter leurs fruits pour certains types d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (comportant plus de trois noyaux benzéniques) qui semblent sensibles à certaines souches de champignons ­capables de les attaquer à l’aide d’enzymes extra­cellulaires. On cherche également à identifier des souches bactériennes aptes à dégrader des composés de type pyrène, à partir d’espèces présentes dans des milieux hypersalés, par analyse de leurs séquences génétiques.

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