Phytoremédiation

Exemple de phytoremédiation, ici sur une ancienne plate-forme gazière de Rønnede (Danemark) via plusieurs espèces de saules (Salix).

 Ne doit pas être confondu avec phytothérapie.

La phytoremédiation est la dépollution des sols, l'épuration des eaux usées ou l'assainissement de l'air intérieur, utilisant des plantes vasculaires, des algues (phycoremédiation) ou des champignons (mycoremédiation), et par extension des écosystèmes qui supportent ces végétaux. Ainsi on élimine ou contrôle des contaminations. La dégradation de composés nocifs est accélérée par l'activité microbienne^[1].

Qu'est-ce que la phytoremédiation ?

L’étymologie provient du grec « phyton » = plante, et du latin « remedium » = rétablissement de l'équilibre, remédiation. La phytoremédiation n'est pas un concept nouveau puisqu'il y a 3000 ans les hommes utilisaient déjà les capacités épuratoires des plantes pour le traitement de l'eau. Depuis les années 1970 cette pratique a trouvé un regain d'intérêt notamment pour le traitement des pesticides et des métaux.

La phytoremédiation est un ensemble de technologies utilisant les plantes pour réduire, dégrader ou immobiliser des composés organiques polluants (naturels ou de synthèse) du sol, de l’eau ou de l'air provenant d'activités humaines. Cette technique permet également de traiter des pollutions inorganiques (éléments traces métalliques (ETM), radionucléides).

• Sol : Cette technique est utilisée pour décontaminer biologiquement les sols pollués par des métaux et métalloïdes, pesticides, solvants, explosifs, pétrole brut et ses dérivés, radionucléides et contaminants divers.

• Eaux usées et effluents liquides : La phytoremédiation sert également à la décontamination d'eaux chargées en matière organique ou en contaminants divers (métaux, hydrocarbures, organochlorés, pesticides). On considère alors les traitements sur sol en place (l'effluent est épandu) ou directement en milieu humide.

• Air : Il peut s'agir aussi de dépolluer l'air intérieur ou de recycler l'eau grâce aux plantes dépolluantes (d'après les recherches de Bill Wolverton pour la NASA dans les années 1980-90). Cet axe de recherche se développe de manière importante depuis quelques années. Le programme Phyt'air est un projet français qui réalise une étude de faisabilité pour la constitution d’un système simple de bioépuration de l’air intérieur.

Principe de phytoremédiation

Grands principes de la phytoremédiation.

La phytoremédiation repose essentiellement sur les interactions entre les plantes, le sol et les micro-organismes. Le sol est une matrice complexe servant de support au développement des plantes et des micro-organismes qui se nourrissent des composés organiques ou inorganiques le composant. Lorsque certains de ces composés sont en excès par rapport à l'état initial du sol, ce dernier est qualifié de contaminé (cela s'applique aussi à l'eau et à l'air qui à la différence sont des fluides). Les composés en excès peuvent alors être utilisés comme source d'énergie par les plantes et les micro-organismes. Dans le système plante - sol - micro-organismes, la biodégradation bactérienne est souvent en amont de l'absorption racinaire. Plantes et micro-organismes ont coévolué pour disposer d’une stratégie à bénéfices mutuels pour gérer la phytotoxicité où les micro-organismes profitent des exsudats racinaires, lors même que la plante bénéficie des capacités de dégradation des micro-organismes rhizosphériques pour réduire le stress dû à la phytotoxicité. Au final, la plante est l'agent essentiel de l'exportation d'un contaminant hors du milieu environnant.

Effet rhizosphérique

La rhizosphère désigne le volume de sol soumis à l'influence de l'activité racinaire. Ce volume de sol est plus ou moins important et varie selon les plantes et le sol. Les processus qui se déroulent dans la rhizosphère sont essentiels pour la phytoremédiation. L'activité et la biomasse microbienne y sont beaucoup plus importantes que dans un sol sans racines. Les racines libèrent naturellement des substances dans le sol où elles se développent, par les exsudats racinaires. Ceux-ci favorisent et entretiennent le développement des colonies microbiennes en fournissant de 10 à 20% des sucres produits par l'activité photosynthétique de la plante (photosynthétats). De nombreux composés peuvent ainsi être libérés, par exemple, des hormones, des enzymes ainsi que de l'oxygène et de l'eau. Les micro-organismes rhizosphériques en retour favorisent la croissance de la plante (réduction des pathogènes, mise à disposition de nutriments...). En théorie, plus les racines sont abondantes plus elles fournissent une surface de développement importante pour la microfaune et microflore rhizosphériques. De fait, les exsudats racinaires favorisent la biodégradation des polluants organiques en stimulant l'activité micromicrobienne.

Principe de décontamination

Brièvement, les plantes vont soit absorber le contaminant pour le métaboliser ou le stocker, soit réduire voire empêcher la libération du contaminant dans d'autres compartiments de l'environnement (phytostabilisation). Le plus souvent, les composés organiques (xénobiotiques ou non) peuvent être dégradés et métabolisés pour la croissance de la plante. Le polluant est alors éliminé. Lorsqu'il s'agit de composés inorganiques polluants (métaux, métalloïdes ou radionucléides), il ne peut y avoir que phytostabilisation ou phytoextraction car ces types de polluants ne sont pas biodégradables.

Les différentes formes de phytoremédiation

1. Phytoextraction : utilisation de plantes qui absorbent et concentrent dans leurs parties récoltables (feuilles, tiges) les polluants contenus dans le sol (souvent des Élément-trace métallique: ETM). On utilise souvent des plantes accumulatrices et/ou hyperaccumulatrices qui sont capables de tolérer et d'accumuler les ETM . Il est possible d'améliorer cette extraction par l'ajout de chélateurs au sol. Le plus souvent les plantes sont récoltées et incinérées; les cendres sont stockées (en CET) ou valorisées pour récupérer les métaux accumulés (on parle alors de phytomining).
2. Phytotransformation, ou phytodégradation : certaines plantes produisent des enzymes (déhalogénase, oxygénase, ...) qui catalysent la dégradation des substances absorbées ou adsorbées; celles-ci sont transformées en substances moins toxiques ou non-toxiques par la métabolisation des contaminants dans les tissus des plantes ou par les organismes de la rhizosphère maintenue par la plante (on parle alors de rhizodégradation (dégradation par la rhizosphère). Selon les premiers résultats du programme Phytorestore / Phyco^[2] annoncés fin 2010, un pilote industriel ayant fonctionné 2 ans a montré l'efficacité du traitement par filtres plantés d'une eau de nappe polluée par des organochlorés (di-, tri-, tétra-, penta-, hexa-chlorobenzènes et hexachlorocyclohexanes dont le lindane (insecticide réputé peut biodégradable. 99% des ces organochlorés auraient été détruits ou absorbés lors de leur passage sur le filtre planté et le bilan chimique fait sur les compartiments liquides, solides (supports, plantes) et gazeux prouve que la la dégradation a primé (Selon les acteurs du projet, moins de 2% des polluants se sont volatilisés dans l'air ou ont été adsorbés par le substrat, après deux ans d’essai, et la bioaccumulation dans les plantes serait négligeable). Ce procédé (breveté), diminue fortement l'écotoxicité de l’effluent d'après les tests de toxicité effectué avec des daphnies (Daphnia magna) et Vibrio fischeri).
3. Phytofiltration ou rhizofiltration : utilisée pour la dépollution et la restauration des eaux de surface et souterraines. Les contaminants sont absorbés ou adsorbés par les racines des plantes en milieu humide.
4. Phytovolatilisation : les plantes absorbent l'eau de la lithosphère contenant des contaminants organiques et autres produits toxiques, transforment ceux-ci en éléments volatiles, et les relâchent dans l'atmosphère via leurs feuilles. Elles peuvent aussi dans certains cas transformer des contaminants organiques en éléments volatiles avant de les transférer dans l'atmosphère - toujours via les feuilles. La phytovolatilisation n'est pas toujours satisfaisante, car si elle décontamine les sols elle libère parfois des substances toxiques dans l'atmosphère. Dans d'autres cas plus satisfaisants, les polluants sont dégradés en composants moins - ou non-toxiques avant d'être libérés.
5. phytostabilisation : réduit simplement la mobilité des contaminants. La technique la plus utilisée est de se servir des plantes en réduisant les écoulements de surface et de sub-surface, en limitant l'érosion et en réduisant les écoulements souterrains vers la nappe. Cette pratique intègre ce que l'on appelle communément le Contrôle hydraulique, ou phytohydrorégulation^[3]. Le pompage hydraulique (traduit littéralement de l'anglais) peut se faire quand les racines atteignent les eaux souterraines tout en prélevant de larges volumes d'eau et en contrôlant le gradient hydraulique et les migrations latérales de contaminants au sein de l'aquifère. En deux mots, il s'agit d'utiliser des plantes à forte évapotranspiration pour réduire le mouvement des polluants par les écoulements (latéraux ou en profondeur). Une autre pratique consiste à immobiliser les composés polluants en les liant chimiquement. Les plantes adsorbent les polluants du sol, de l'eau ou de l'air, les retenant localement (d'où l'utilisation du terme adsorbtion au lieu d'absorption) et réduisant leur biodisponibilité. Le processus est parfois rendu possible, ou amplifié et accéléré, par l'ajout de composés organiques ou minéraux, naturels ou artificiels. C'est une méthode efficace pour empêcher la dispersion des polluants dans les eaux de surface ou souterraines.
6. Phytorestauration : cette technique implique la restauration complète de sols pollués vers un état proche du fonctionnement d'un sol naturel (Bradshaw 1997). Cette subdivision de la phytoremédiation utilise des plantes indigènes de la région où sont effectués les travaux de phytorestauration. Ceci dans le but d'atteindre la réhabilitation entière de l'écosystème naturel originel, du sol aux communautés végétales. Comme le souligne Peer et al. (2005), en comparaison des autres techniques de phytoremédiation, la phytorestauration met en lumière la question du niveau de décontamination nécessaire et suffisant. Il existe une grande différence entre décontaminer un sol pour atteindre un niveau légalement satisfaisant pour qu'il soit à nouveau exploitable et restaurer totalement un espace pour qu'il revienne à des conditions pré-contamination. Lorsque l'on fait référence à la phytorestauration des eaux usées, on parle d'un procédé récent ayant trait à l'utilisation des propriétés naturelles d'autoépuration des végétaux (Dabouineau et al., 2005). Utilisé dans ce sens, la phytorestauration devient synonyme du terme phytoépuration. Ce type de procédé intègre notamment l'épuration des eaux par les macrophytes. Dans ce cas, ce sont les bactéries vivant dans la zone racinaire des macrophytes qui sont garantes de la dépollution, les plantes servent là simplement de substrat de croissance pour les micro-organismes (voir station de Honfleur).
7. Phytostimulation : localisée essentiellement dans la rhizosphère, c'est la stimulation par les plantes des activités microbiennes favorables à la dégradation des polluants. Cet aspect, quand il a été étudié, a été constaté chez tous les hyperaccumulateurs.

Avantages et limites

Les avantages :

• le coût de la phytoremédiation est bien moindre que celui de procédés traditionnels in situ et ex situ ;
• les plantes peuvent être facilement surveillées ;
• récupération et réutilisation de métaux de valeur (des entreprises se spécialisent dans le « phytominage ») ;
• c'est la méthode la moins destructrice car elle utilise des organismes naturels et préserve l'état naturel de l'environnement (micro-organismes, animaux et structure du sol) (contrairement à l'emploi de procédés chimiques, il n'y a pas d'impacts négatifs sur la fertilité des sols) ;
• exploitation des végétaux produits.

Les limites :

• la phytoremédiation est limitée à la surface et la profondeur occupées par les racines (noter que de nombreux polluants a base de métaux restent aussi dans la couche de sol supérieure) ;
• croissance lente et biomasse faible demandent un investissement en temps assez important, ou/et parfois l'adjonction de chélateurs ou autres substances (pour les pollutions inorganiques comme les ETM). On peut cependant utiliser des plantes à croissance rapide - voir les tables d'hyperaccumulateurs, qui démontrent un éventail de choix très large pour la plupart des polluants de toutes sortes ;
• on ne peut pas, avec des systèmes de remédiation à base de plantes, totalement empêcher l'écoulement des contaminants dans la nappe phréatique (ceci n'est possible qu'au prix de l'enlèvement complet du sol, ce qui ne résout pas le problème de contamination dudit sol ni les problèmes afférents). Une expérience en Iowa (États-Unis) démontre cependant que des peupliers plantés entre un champ de maïs et un ruisseau ont considérablement réduit la concentration de nitrates dans l'eau de surface : en bord de champ celle-ci contenait 150 mg/l de nitrates, tandis que parmi les peupliers la teneur en nitrates n'était que de 3mg/l^[3] ;
• le niveau et le type de contamination influence la phytotoxicité des polluants. Dans certains cas, la croissance ou la survie des plantes peut être réduite ;
• bioaccumulation possible de contaminants passant dans la chaîne alimentaire, du niveau des consommateurs primaires à ceux du niveau secondaire. Il est essentiel de disposer des plantes de façon responsable, et de ne pas consommer des plantes utilisées pour nettoyer un terrain.
• pour que la technique se perfectionne, une sélection végétale est indispensable. Mais cela prends du temps pour sélectionner, hybrider, reproduire etc. Des dizaines d'années peuvent être nécessaire. Il faut aussi savoir que les propriétés de certaines plantes ne se retrouvent pas dans l'espèce à tous les coups.
• l'utilisation d'OGM pour accroître des capacités végétales sont toujours controversées. Il peuvent être utilisés aux Etats-Unis mais ne font pas l'unanimité en Europe.
• le problème du futur des végétaux ne contenant pas de minerais commercialisable, mais des polluants devant être stockés dans un endroit où cela ne gênera personne.

Amélioration des rendements :

• La phytoaccumulation est liée à la phytotolérance de la plante vis-à-vis des polluants, notamment expliquée par les phytochélatines. * La toxicité de certains polluants peut être diminuée par la réduction chimique des éléments concernés, qui se trouvent ainsi transformés en substances moins polluantes, et/ou en les incorporant à des composants organiques (une autre forme de biotransformation).

• Dans ce but on peut chélater les polluants avec des ligands spécifiques qui diminuent la quantité d'ions libres.

• Des expérimentations sont menées en électrocinétique : le sol est soumis à un courant direct pour promouvoir le mouvement des ions dans le sol.

• L'interaction entre phytoremédiation et la bioremédiation in situ (utilisation 'sur place' de microorganismes ou de leurs enzymes) est également étudiée.

• Le domaine des manipulations génétiques orientées vers la phytoremédiation est aussi en grand développement.

Hyperaccumulateurs et interactions biotiques

Les plantes sélectionnées en phytoextraction sont choisies pour leur capacité à extraire des volumes importants de polluants. Elles sont appelées plantes hyper-accumulatrices, ou hyperaccumulateurs. Les caractéristiques communes aux hyperaccummulateurs sont souvent : une pousse rapide ; des végétaux résistants, faciles à planter et maintenir ; une grande capacité pour l'évapotranspiration (évaporation de l'eau par les feuilles) ; et la capacité de transformer les contaminants concernés en des produits non-toxiques ou moins toxiques. Parmi les plantes les plus utilisées, on trouve les peupliers, qui réunissent rapidité de croissance, grande adaptation climatique, et capacité à absorber de grandes quantités d'eau (relativement à d'autres espèces). Cette dernière qualité leur permet de traiter de plus grandes quantités de polluants dissous, ainsi que de limiter la quantité d'eau passant au-delà de la zone contaminée - limitant donc aussi la propagation de la contamination.

En 1999 Reeves et al^[4] listent 320 espèces accumulatrices provenant de 43 familles. Leur nombre est beaucoup plus élevé: par exemple, à ce jour (2006) on connaît environ 300 hyperaccumulateurs de nickel. Des centres de diversité se présentent à Cuba (climat subtropical) et Nouvelle-Calédonie (climat tropical). De nombreuses espèces étudiées pour leur accumulation de métaux sont des Brassicaceae (climat tempéré et froid, hémisphère nord).

L'équipe de recherche d'Abdelhak El Amrani sur le mécanisme à l'origine de la biodiversité, de l'université de Rennes, a travaillé sur plusieurs polluants, en particulier sur l'herbicide atrazine. Ces chercheurs ont découvert un mécanisme dans les plantes qui permet à celles-ci de se développer même quand la concentration de pollution de leur sol est normalement létale pour une plante non traitée. C'est la présence de certains composés naturels biodégradables simples comme des polyamines exogènes, qui permet aux plantes de tolérer des concentrations de polluants 500 fois supérieures par rapport aux plantes témoins, mais aussi d'absorber davantage de polluants. Ce traitement amène des changements dans l'expression génétique des plantes, impliquant des gènes connus dans le processus de résistance au stress environnemental. La technique génétique a été brevetée par l'université de Rennes^[5].

(La section qui suit est principalement un résumé de l'article "The significance of metal hyperaccumulation for biotic interactions" par Robert Boyd et Scott Martens^[6].

Une plante est dite hyperaccumulatrice si elle peut concentrer le ou les polluants selon un pourcentage minimum variant selon le polluant concerné (exemple: plus de 1 mg/g de matière sèche pour le nickel, cuivre, cobalt, chrome ou plomb; ou plus de 10 mg g/1 pour le zinc ou le manganèse^[7]. La plupart des 215 hyperaccumulateurs cités par Baker et Brooks concernent le nickel. Ils ont listé 145 hyperaccumulateurs de nickel, 26 de cobalt, 24 de cuivre, 14 de zinc, quatre de plomb, et deux de chrome. Cette capacité d'accumulation est due à l’hypertolérance, ou phytotolérance : résultat de l'évolution adaptative des plantes à des environnements hostiles au cours de multiple générations. Boyd et Martens listent 4 interactions biotiques pouvant être affectées par l'hyperaccumulation de métal:

1. Protection
2. Interférences avec les plantes voisines d'espèces différentes.
3. Mutualisme
4. Commensalisme
5. Le biofilm

Protection

Des résultats d'expériences nombre en croissant indiquent que les métaux dans les hyperaccumulateurs ont un rôle de protection au moins partiel pour les plantes envers un certain nombre d'organismes (bactéries, fungi, insectes).

La défense contre les virus n'est pas toujours améliorée par la présence de métaux. Davis et al. ont comparé deux espèces voisines S. polygaloides Gray (hyperaccumulateur de nickel) et S. insignis Jepson (non-accumulateur), les inoculant avec le virus Turnip mosaic. Ils ont ainsi démontré que la présence de nickel affaiblit la réponse des plantes au virus^[8].

Les défenses élémentales des plantes sont circonvenues par leurs prédateurs de trois façons^[6] : (a) nourrissement sélectif sur des tissus à concentration en métaux peu élevée, (b) régime varié pour diluer le métal (vraisemblable pour les herbivores de grande taille relativement aux plantes), et (c) tolérance de hautes concentrations de métal.

Régime alimentaire sélectif

Les aphides du pois (Acyrthosiphon pisum (Harris); Homoptera: Aphididae) se nourrissant du phloème de Streptanthus polygaloides Gray (Brassicaceae) ont des taux de survie et de reproduction égaux sur des plantes contenant environ 5000 mg/kg de nickel amendé avec NiCl2 (Chlorure de nickel), et sur celles contenant ca. 40 mg/kg de nickel. Ainsi, soit le phloème est pauvre en nickel même chez les hyperaccumulateurs de nickel, ou bien les aphides tolèrent de hautes doses de nickel.

Celles nourries sur des plantes à concentration élevée de nickel ne montrent qu'une très légère augmentation du taux de nickel dans leurs corps, comparé aux aphides nourries sur des plantes pauvres en nickel^[6]. D'un autre côté, des aphides (Brachycaudus lychnidis L.) nourries sur l'accumulateur de zinc Silene vulgaris (Moench) Garcke (Caryophyllaceae) - qui peut contenir jusqu'à 1400 mg/kg de zinc dans ses feuilles – montraient des niveaux élevés d'accumulation de zinc (9000 mg/kg) dans leurs corps.

Tolérance pour le métal

Hopkin (1989)^[9] et Klerks (1990)^[10] l'ont démontrée pour les espèces animales; Brown & Hall^[11] pour les espèces fongales; et Schlegel & al. (1992) et Stoppel & Schlegel (1995) pour les espèces bactériales.

Streptanthus polygaloides (Brassicaceae) peut être parasité par Cuscuta californica var. breviflora Engelm. (Cuscutaceae). Les plants de Cuscuta ainsi découverts^[6] contenaient entre 540 et 1220 mg de Ni/kg de poids sec, soit (un maximum de) 73 fois le contenu en nickel de plants de Cuscuta parasitant des plantes d'une autre espèce locale non-accumulatrice. Boyd & Martens (subm.) estiment ceci la première instance documentée de transfert des défenses élémentales d'un hôte hyperaccumulateur à une plante parasitante.

Interférences avec des plantes voisines d'espèces différentes

Baker & Brooks (1989)^[7] en ont mentionné la possibilité mais n'ont pas offert de mécanisme explicatif. Gabrielli et al. (1991), et Wilson & Agnew (1992), ont suggéré une baisse de compétition expérimentée par les hyperaccumulateurs de par la litière de leurs feuilles.

Ce mécanisme mimique l'allélopathie, bien que l'effet soit dû ici à une redistribution d'un élément dans le sol plutôt qu'à la plante manufacturant un composé organique. Boyd et Martens appellent ceci allélopathie élémentale - sans le problème d'autotoxicité démontré dans d'autres cas d'allélopathie (Newman 1978).

Le taux de métal dans les sols est clairement plus élevé aux alentours des hyperaccumulateurs. L'hypothèse d'allélopathie élémentale nécessite de démontrer que ces taux élevés inhibitent les autres espèces serpentines.

Mutualisme

Deux types de mutualisme sont considérés ici:

• associations mycorhizales ou mycorrhizae, et
• dispersion du pollen et des graines.

Associations mycorhizales ou mycorrhizae

Il y a deux types de champignons mycorhizaux: les ectomycorrhizaux et les endomycorrhizaux. Les champignons ectomycorrhizaux forment des fourreaux autour des racines; les champignons endomycorrhizaux pénètrent les cellules du cortex dans les racines^[12].

Les associations mycorhizales sont les relations symbiotiques entre les fungi et les racines des plantes. Certains hyperaccumulateurs peuvent former des associations mycorhizales, et dans certains cas le champignon mycorrhizal peut jouer un rôle dans le traitement du métal^[6]. Dans les sols à taux en métaux bas, les mycorrhizae vésiculaires et arbusculaires augmentent l'absorption de métal des espèces non accumulatrices^[11]. D'un autre côté certaines mycorrhizae augmentent la tolérance aux métaux en diminuant l'absorption du métal chez certaines espèces non-accumulatrices. Ainsi l'association mycorhizale aide Calluna à éviter la toxicité du cuivre et du zinc^[13]. La plupart des racines nécessitent environ 100 fois plus de carbone que l'hyphae des fungi associés pour couvrir le même volume de sol^[14]. C'est pourquoi il est plus facile pour l'hyphae que pour les plantes d'acquérir des éléments à mobilité réduite, comme le césium-137 and strontium-90^[15].

Les champignons mycorhizaux dépendent des plantes hôtes pour leur carbone, tout en permettant aux plantes d'absorber les nutriments et l'eau plus efficacement^[16]. Le fungus facilite la prise de nutriments pour les plantes, tandis que celles-ci leur fournissent des composés organiques riches en énergie^[17]. Certaines espèces de plantes normalement symbiotiques avec des champignons micorhizaux peuvent exister sans l'association; mais le champignon améliore grandement la croissance de la plante. Du point de vue de l'énergie dépensée, héberger des champignons est beaucoup plus effectif pour la plante que de produire des racines^[18].

La famille des Brassicaceae formerait peu d'associations micorrhizales^[17]. Cependant, Hopkins (1987) note du mycorrhizae associé à Streptanthus glandulosus Hook. (Brassicaceae), un non-accumulateur^[19]. Les terres serpentines sont peuplées de champignons tolérant le taux de métal généralement élevé dans ces sols. Certains de ces fungi sont micorhizaux^[20].

L'absorption de radionuclides par les fungi dépend de leur mécanisme nutritionnel (mycorhizal ou saprophyte)^[21]. Pleurotus eryngii absorbe mieux le Cs que le Sr et le Co, tandis que Hebeloma cylindrosporum favorise Co. Mais augmenter la quantité de K augmente l'absorption de Sr (chemical analogue au Ca) mais non celle de Cs (chemical analogue à K). De plus, la teneur en Cs décroît avec Pleurotus eryngii (mycorhizal) et Hebeloma cylindrosporum (saprophyte) si la dose de Cs est augmentée, mais la teneur en Sr augmente si la dose de Cs est augmentée – ceci indiquerait que l'absorption est indépendante du mécanisme nutritionnel.

Dispersion du pollen et des graines

Certains animaux obtiennent de la nourriture des plantes (nectar, pollen, ou pulpe de fruit - Howe & Westley 1988). Les animaux se nourrissant d'hyperaccumuleurs à concentration en métal élevée, doivent soit être tolérants soit diluer la concentration de métal en mélangeant la nourriture avec d'autres sources à teneur en métal moindre. Alternativement, les hyperaccumulateurs peuvent dépendre pour la dispersion de leurs graines, de vecteurs abiotiques ou de vecteurs animaux non-mutualistes, mais nous manquons d'informations sur ces mécanismes de dispersion en ce qui concerne les hyperaccumulateurs.

Jaffré & Schmid 1974; Jaffré et al. 1976; Reeves et al. 1981; ont étudié le taux de métal dans les fruits et les fleurs entiers. Ils ont généralement trouvé des taux importants de métaux dans ceux-ci. Baker et al. (1992) a trouvé une exception avec Walsura monophylla Elm. (Meliaceae), originaire des Philippines et montrant 7000 mg/kg Ni dans les feuilles mais seulement 54 mg/kg dans les fruits. Certaines plantes possèdent donc un mécanisme qui exclut les métaux ou autres contaminants de leurs structures reproductrices.

Commensalisme

Le commensalisme est une interaction bénéfique à un organisme tout en ayant une valeur neutre pour un autre. La plus vraisemblable pour les hyperaccumulateurs est l'épiphytisme. Mais on trouve ce phénomène le plus couramment dans les forêts tropicales, et les études conduites dans de tels habitats n'ont porté que peu ou prou d'attention sur ce point. (e.g., Proctor et al. 1989; Baker et al. 1992). Proctor et al. (1988) ont étudié l'arbre Shorea tenuiramulosa, qui peut accumuler jusqu'à 1000 mg Ni /kg de poids sec dans ses feuilles. Ils ont estimé la couverture d'épiphytes en Malaisie, mais n'ont pas rapporté les valeurs pour les espèces individuelles. Boyd et al. (1999) ont étudié l'occurrence d'épiphytes sur les feuilles du buisson tropical hyperaccumulatieur en Ni Psychotria douarrei (Beauvis.). La quantité d'épiphytes augmente considérablement avec l'âge de la feuille, jusqu'à 62% pour les plus vieilles feuilles. Un exemplaire épiphytique de [leafy liverworts] venant d'une feuille de P. douarrei, contenait 400 mg Ni /kg poids sec (bien moins que la plante hôte, dont les plus vieilles feuilles - celles les plus épiphitisées - contenaient une valeur moyenne de 32,000 mg Ni /kg poids sec). Des doses élevées de Ni n'empêchent donc pas la colonisation de Psychotria douarrei par les épiphytes.

Les composés chimiques qui interviennent dans les interactions hôte-épiphyte sont plus susceptibles d'être localisés dans les tissus les plus externes de l'hôte (Gustafsson & Eriksson 1995). De plus, la plupart du métal s'accumule dans les parois des cellules ou vacuoles épidermales ou subépidermales (Ernst & Weinert 1972; Vazquez et al. 1994; Mesjasz- Rzybylowicz et al. 1996; Gabrielli et al. 1997). Ceci suggère que les épiphytes subiraient des taux de concentration de métaux plus élevés lorsqu'ils poussent sur des feuilles d'hyperaccumulateurs. Mais Severne (1974) a mesuré l'évacuation de métal par les feuilles pour l'hyperaccumulateur de nickel Hybanthus floribundus (Lindl.) F. Muell. (Violaceae), originaire d'Australie occidentale; il conclut que les feuilles ne relâchent pas facilement le nickel.

En principe une autre interaction commensale pourrait exister si le taux élevé de métal dans le sol était nécessaire pour qu'une autre espèce de plantes puisse s'installer. Aucune évidence n'est jusqu'à présent allée dans ce sens.

Le biofilm

Voir les articles correspondants sur le biofilm et Pseudomonas aeruginosa.

Les feuilles des arbres

Un article de Science concluaient en novembre 2010 que les écosystèmes boisés feuillus seraient capables de mieux dépolluer l’air que ce qu'on pensait initialement, pour les composés organiques volatiles (COV) testés. Les experiences faites en labo laissent penser que les feuilles absorbent même encore plus efficacement les COV et le détruisent par conversion enzymatique) quand elles sont stressées par des blessures ou par certains polluants (ozone et du méthyl vinyl cétone lors des expériences). Le cycle des COV oxygénés dans l'air devrait donc être revu et mieux incorporées dans les modèles globaux de chimie de l'atmosphère et de transport des polluants^[22].

Villes ou régions pratiquant partiellement ou totalement la phytoremédiation

Honfleur (France, Normandie) : technique des jardins filtrants dépolluant par phytolixiviation desmétaux lourds dissous accumulés par phytofixation dans des casiers filtrants successifs^[23].

Bègles (France, Gironde)

Rønnede (Danemark)

Suzhou (Chine, Jiangsu)

Fuyang (Chine, Zhejiang)^[24]

Wuhan (Chine, Hubei) : écoquartier ‘zéro rejet’ dont les eaux usées sont réutilisées pour la consommation non-humaine (lavage des voitures, arrosage des jardins, etc.)^[25]

et de nombreuses autres localités.

Il est également possible d'utiliser ces techniques dans un jardin à l'échelle individuelle pour les eaux usées, à condition d'avoir un comportement responsable en triant ses déchets, et de manger plutôt bio. Cette pratique est utilisée individuellement dans de nombreux pays dans des maisons autonomes. En France on peut citer la maison de démonstration dite Earthship^[26] (“vaisseau terrestre”) nouvellement construite en Normandie.

Sources et Références

Sources

• S.L. Hutchinsona, A.P. Schwab et M. K. Banks. « Phytoremediation of Aged Petroleum Sludge, Effect of Irrigation Techniques and Scheduling ». Journal of Environmental Quality 2001, 30:1516-1522
• M.P. de Souza, D. Chu, M. Zhao, A.M. Zayed, S.E. Ruzin, D. Schichnes, and N. Terry. "Rhizosphere Bacteria Enhance Selenium Accumulation and Volatilization by Indian Mustard" . Plant Physiol. (1999) 119: 565-574.
• Information adaptée d'un rapport de la Northwestern University par J.L. Fiegl, B.P. McDonnell, J.A. Kostel, M.E. Finster, et Dr. K. Gray: A Resource Guide: The Phytoremediation of Lead to Urban, Residential Soils
• « Gouvernement du Canada – La science et les enjeux - Les biofondations – Environnement/Phytoremédiation »
• Amiot, J. Utilisation des espaces dégradés en vue de production de biomasse. Etat des connaissances et perspectives. Mémoire de Maîtrise UCO

Voir aussi

• Marais filtrant
• Bioremédiation
• Bioturbation
• Phytostabilisation
• Allélopathie
• Lagunage
• Plantes dépolluantes
• Mycoremédiation
• phytochélatine

Liens externes

(fr) Le site du Laboratoire Sols et Environnement (Nancy)

(fr) Liste et culture de plantes dépolluantes

(fr) éléments de formation, de Laurence MARQUES (Université Montpellier, PowerPoint, 67 pages)

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