La bioremédiation Introduction à la bioremediation Phytoextraction Phytodégradation Phytofiltration Applications de la bioremédiation Conclusion : données.

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1 La bioremédiation Introduction à la bioremediation Phytoextraction Phytodégradation Phytofiltration Applications de la bioremédiation Conclusion : données économiques sur la bioremédiation ABRAHAM Louis PERNES Stéphane

2 Introduction Problèmes de contamination du sol engendrant des risques pour les écosystèmes et l'homme, directement (par ingestion de particules) ou indirectement (contamination de la chaîne alimentaire) Bioremédiation : divers aspects Phytoextraction Phytodégradation Phytofiltration

3 Phytoextraction Alternative ou complément aux traitements physico-chimiques des sols contaminés par des métaux lourds Utilisation de plantes accumulatrices qui concentrent les polluants dans leurs parties récoltables Deux types de phytoextraction : Phytoextraction continue Phytoextraction induite

4 Paramètres à prendre en compte : La nature des polluants La fertilité du sol Les espèces de plantes adaptées au climat Les pratiques agronomiques adéquates pour cultiver ces plantes facteurs améliorant la phytoextraction : PH, chelateurs … Mise en pratique Optimisation : implantation darbres permettant dagir à de grandes profondeurs Récupération des polluants : séchage des feuilles ensuite réduites en cendre pour être traitées et en extraire les métaux

5 La phytoextraction continue Utilisation de plantes pouvant accumuler au sein même de leurs tissus des quantités importantes de métaux lourds (jusqu'à 1% de leur matière sèche) -> plantes hyperaccumulatrices (environ 400 espèces reconnues) Mécanisme : complexation des métaux avec des acides organiques ou des acides aminés synthétisés par la plante. Puis transport des racines vers les parties aériennes (tiges et feuilles) Métaux susceptibles dêtre accumulés : cobalt, cuivre, zinc

6 La phytoextraction induite Utilisation de plantes prélevant les métaux lourds seulement en présence de chélateurs Les chélateurs sont appliqués une fois que la plante a atteint un niveau de biomasse optimal Le prélèvement de métaux est dès lors intense mais réduit en durée. Chelateurs : choisis en fonction du métal à extraire : EDTA pour le plomb, EGTA pour le cadmium, citrate pour luranium. Processus supposé : transport du métal facilité par la formation de complexes métal-chélateurs

7 Avantages et inconvénients de la phytoextraction AVANTAGES L'activité biologique et la structure des sols sont maintenues après le traitement La technique est d'un coût relativement faible Le paysage reste (ou devient) agréable grâce à l'implantation de végétaux Les métaux extraits peuvent facilement être récupérés Permet de réduire la pénétration des contaminants dans l'environnement en empêchant leur déversement dans les réseaux d´eau souterraine.

8 Avantages et inconvénients de la phytoextraction INCONVENIENTS Nécessité dun équipement pour la récolte des hyperaccumulateurs Rareté des plantes hyperaccumulatrices Risque de contamination lors de la gestion des produits de la récolte. Faible production de biomasse et croissance lente Limiter par la profondeur des racines en général de 1 à 1,80 m pour les plantes herbacées et de 3 à 4,5 m pour les arbres. Certaines plantes qui absorbent une grande quantité de composés toxiques pourraient mettre en danger la chaîne alimentaire si des animaux les mangent.

9 Biodégradation exemple des hydrocarbures Phytodécontamination concernant les composés organiques et hydrocarbures réalisée par les microorganismes Assimilation des n-alcanes et alcanes ramifiés Aspergillus Penicillium Acremonium Trichoderma Fusarium Micrococcus Arthrobacter Rhodococcus Pseudomonas Xanthomonas Acinetobacter Flavobacterium Agrobacterium Gram +Gram - ChampignonsBactéries Pseudomonas Penicillium Dans le sol, période d'adaptation enzymatique, puis période de forte croissance Lorsque les composés les plus facilement dégradables ont été utilisés, la population diminue

10 Pollution de l'eau par les métaux lourds : problème environnemental majeur Techniques déchanges d'ions ou précipitations chimiques ou microbiologiques : efficacité variable selon les métaux… Phytofiltration : racines de plantes supérieures utilisées pour accumuler des métaux lourds La Phytofiltration tournesols (Helianthus annuus)

11 La rhizofiltration Méthode semblable à la phytoextraction, appliquée au traitement des eaux de surface et souterraines Plantain corne-de-boeuf (Plantago coronopus) Extraction directement dans la plante par les racines (absorption), soit indirectement par adsorption

12 Exemple de Rhizofiltration / Phytofiltration Utilisation de jardins filtrants en complement dune station depuration Traitement des eaux usées : élimination des charges organiques, de lazote, du phosphore, désinfection des germes, biodégradation de nouvelles molécules… Utilisation de variétés de phragmites Pour les industries au fil de leau, opportunité de faire du développement durable Phragmites

13 La phytostabilisation Utilisation de plantes pour retenir les polluants du sol et de l´eau ou pour réduire leur mobilité Plantain corne-de-boeuf (Plantago coronopus) Absorption ou adsorption des polluants par les racines, ou par la réduction de l'érosion du sol et de la poussière soulevée par le vent

14 Applications Bioremédiation par les bacteries Bioremédiation par les levures Bioremédiation par les algues Phytoremédiation

15 Bactéries dénitrifiantes Pseudomonas halodenitrificans Les bactéries hétérotrophes vont modifier leur métabolisme pour utiliser les formes oxydées dazote (NO2-, NO3-) comme accepteurs délectrons au lieu de loxygène moléculaire La réduction mènera à la production finale dazote moléculaire, élément gazeux inerte qui retourne dans l'atmosphére et ne présente plus de danger de pollution. NO 3 - NO 2 - N 2 O N 2 Les nitrates : Utilisés en agriculture sous forme d'engrais Deviennent une menace pour la qualité de l'eau

16 Lactivité dénitrifiante dun sol dépend de plusierus facteurs physico-chimiques. La tension doxygène Le degré dhumidité dans le sol La teneur en carbone organique Le pH et la température La salinité Autres bactéries capables deffectuer la dénitrification : Pseudomonas aeruginosa, Alcaligenes eutrophus, P. halodenitrificans, Thiobacillzcs… Bactéries dénitrifiantes

17 Phytoremédiation des métaux Métaux lourds

18 Phytoremédiation des composés organiques Composés organiques Une fois absorbés, les composés organiques ne vont pas être stockés comme les métaux, ils peuvent être : Transportés dans les parties aériennes de la plante et volatilisés Dégradés partiellement ou complètement Transformés en composés moins toxiques et liés dans les tissus de la plante sous forme non disponible

19 Phytoremédiation du TNT Le TNT pose problème dans toutes les régions du monde où ont eu lieu des essais militaires au cours du dernier siècle. Une récente étude a travaillé sur une possible phytoremédiation concernant le TNT à l'aide d'une espèce de tabac génétiquement modifié. Les chercheurs ont incorporé le gène d'une nitroréductase provenant de Enterobacter cloacae dans Nicotiana tabacum. Après avoir isolé les plants de tabac ayant incorporé le gène, des tests ont été réalisés sur un sol contaminé par du TNT par rapport à un plant contrôle.

20 Phytoremédiation du TNT On remarque que le tabac génétiquement modifé est nettement plus résistant au TNT que le tabac sauvage. De plus, le tabac transgénique est capable de décontaminer 100% du TNT contenu dans le sol jusqu'à une concentration de 0.5mM de TNT (limite de solubilisation du TNT) contre 0.05mM pour le tabac sauvage.

21 Problème du Tc 99 Tc-99 est un polluant radioactif contenu dans les sols. Il en est naturellement extrait par les plantes (phytoextraction et d'hyper-accumulation) Le problème : Toute plante possède cette capacité. Il peut donc y avoir concentration de cet élément nocif dans des cultures à vocation alimentaire, puis ingestion par les consommateurs.

22 Données économiques Coût en /m 3 de sol

23 De plus, certains produits secondaires de la phytoremédiation peuvent être valorisés. Ces produits sont : Les métaux extraits du sol qui peuvent être vendus après incinération ou compostage de la récolte L'énergie thermique issue de la combustion de la culture qui peut servir à la production d'électricité (130 par hectare). Données économiques

24 Mais : La lenteur de cette méthode (une dizaine) ne permet pas son application systématique. Tous les composés récoltés ne pourront pas être réutilisés après combustion de la récolte : il faut donc parfois inclure un surcoût dû au stockage de la biomasse contenant les produits dangereux. Les industriels hésitent parfois à l'employer car juridiquement, tout traitement de dépollution d'une durée de plus de six mois entraîne le passage d'une installation classée légère à une installation classée lourde, ce qui entraîne un surcoût. Données économiques

25 La phyto-exploitation minière Déf : Utilisation de plantes pour extraire des substances inorganiques de valeur (métaux précieux...)

26 AVANTAGES : Innocuité environnementale Réutilisation du sol pour l'agriculture après la fin du fonctionnement des "phytomines". Utilisation dans des zones où il n'est pas envisageable de creuser une galerie ou une mine à ciel ouvert. Apte à mobiliser des métaux présents en très faibles concentrations Le minerai extrait est plus pur que le minerai habituel Le minerai, sous forme de cendres, est facile à stocker. La phyto-exploitation minière

27 Rentabilité : On considère qu'une "phytomine" est rentable si elle rapporte plus de 500 $ par hectare et par an. Le rendement économique peut donc se calculer ainsi : Réco = P x C x R Avec :P = Prix du minerai (en $ par tonne de minerai) C = Concentration en minerai dans la plante (en tonne de minerai par tonne de biomasse sèche) R = Rendement de la culture (en tonne de biomasse sèche par hectare) La phyto-exploitation minière

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29 Semis Engrais Récolte Incinératio n Biominerai fondu Quantité de minerai suffisante dans le sol Quantité de minerai suffisante en profondeur FIN Labour ou extraction de la couche superficielle Besoin de resemer ? Energi e Métal OUI NON OUI NON