ECCOREV - Axe 4 : Ecotechnologies et développement durable Pression sur l’environnement - émissions de CO2 - pollutions chimiques - changements climatiques Activités humaines - production d’énergie - activités agricoles - activités industrielles

Biologie et géosciences De la connaissance des mécanismes fondamentaux à la mise au point de procédés innovants limitant la pression sur l’environnement… Caractérisation des pollutions, effets sur les écosystèmes Biologie et géosciences Photosynthèse Fermentation Biodiversité bactérienne, fongique Physico-chimie Spéciation chimique, mécanismes de transfert Réponse et toxicité cellulaires Mécanismes moléculaires …, aux solutions pour agir Techniques innovantes de détection, de suivi et de remédiation des polluants Biosenseurs Bioremédiation, phytoremédiation Traitement des déchets Voies nouvelles de production d’énergie - Biocarburants : éthanol, biodiesel Hydrogène

Thématiques de recherche Axe 4 A. Pollution/dépollution Taille Unités de recherche Thématiques de recherche Axe 4 A. Pollution/dépollution Taille CEA Cadarache iBEB; UMR 6191 Transporteurs de métaux, architecture racinaire Phytoremédiation Biosenseurs   17 IMEP   Bioindicateurs de pollution 10 CEREGE UMR 6635 CNRS - Université Paul Cézanne Piégeage des métaux par les matériaux Spéciation et biodisponibilité des métaux 8 LCE FRE 2704 Compostage, Traitements par Macrophytes, Procédé OHT Capteurs in-situ UMR 6181, LMSNM-GP, Université Paul Cézanne Traitement des eaux Procédés membranaires 7 INERIS Essais d’altération des déchets et des déchets valorisés Caractérisation physico-chimique des matériaux Modélisation du comportement à long terme Total 57

Fédération de Recherche Structuration régionale des recherches Fédération de Recherche ECCOREV CEA Cadarache DSV/IBEB DEN/DTN Arbois CEREGE IMEP INERIS Luminy Universités CNRS, IRD

Traitement des eaux et effluents pollués [UR 6181 LMSNM-GP] ECCOREV – Axe 4 : Ecotechnologies et développement durable Sous-axe 4A: Caractérisation, traitement et limitation des pollutions Détection des polluants (bioindicateurs, biosenseurs, capteurs physiques et chimiques, procédés) [UMR 6191 CEA, UMR 6116 IMEP, FRE2704 LCE] Réhabilitation de sites et sols contaminés [UMR 6191 CEA, CEREGE, INERIS, LCE FRE 2704] Traitement des eaux et effluents pollués [UR 6181 LMSNM-GP] Recyclage de déchets [CEREGE, INERIS, FRE2704 LCE]

Foisonnement d’approches……… Milieux/Matériaux considérés Sol, eau, déchets solides et liquides, organiques et inorganiques Organismes étudiés Bactéries Plantes Champignons Polluants considérés ETM, certains radionucléides, nanoparticules Produits phytosanitaires, HAP (xénobiotiques émergents) ((pathogènes)) Caractérisation des matériaux et de la contamination Approches microbiologiques, biochimiques et physico-chimiques Utilisation d’un large panel d’instruments Développement de biomarqueurs et biosenseurs Développement en métrologie (méthodes chimiques analytiques, appareillage) Microbio: nouveau dans la fédération

Foisonnement d’approches……… Remédiation Compréhension des mécanismes aux niveaux moléculaire, cellulaire, organe et organisme Approches majoritairement « bio », en bioréacteurs / pilote et jusqu’aux applications Valorisation des déchets Souvent pas très éloignée de la remédiation….ni des bioénergies Très forte liaison avec les industriels Caractérisation des matériaux, pilotes

Autres remarques Nombreux brevets aussi bien dans le fondamental que dans l’appliqué -> thématique très « réactive « et soumise à des évolutions rapides Coexistence d’approches naturalistes et ingénieuriales Frontière tenue entre l’étude des situations naturelles et les situations contaminées ; les mécanismes fondamentaux sont les mêmes et étudiés de la même manière : on part des mécanismes naturels et on les « détourne »

Identification des « accroches » et des collaborations possibles - limitations Découplage physico-chimie et microbiologie et manque de connaissance réciproque -> trouver les liens ou poser les questions, par ex: - caractérisation des phases minérales dans les expériences microbio - utilisation des biosenseurs et les biomarqueurs dans les caractérisations des matériaux, des contaminations et de validation des techniques de remédiation - existence de méthodes analytiques, demande de développements méthodologiques pour les biologistes  Faire une « enquête » pour identifier les verrous dans les domaines respectifs et identifier où se trouvent les compétences Programmer des petites réunions thématiques avec si nécessaire synthèse biblio sur le problème identifié et apport possible des équipes Base pour des réponses à appel d’offre Il y a déjà eu des accroches ponctuelles et spontanées entre certains projets Formes des métaux dan les chloroplastes de A. thaliana Utilisation des tests microbio dans la valorisation des déchets

2. Besoin clairement affiché de relais avec les SHS en particulier sur les aspects: - législatifs (normalisation, acceptation par les décideurs…) - économiques (évaluation du coup des techniques développées et de leur insertion dans le panel des technologies existantes) - sociaux (perception et acceptation par le public des approches et techniques de remédiation développées) - gestion des situations de crise dans les cas de contamination - communication avec la population….

Approches à des échelles différentes…et selon la discipline ex: microbiologie reste niveau cellulaire Changements d’échelle pas toujours faits - ex: phytoremédiation

Site atelier ou atelier tout court? 3. Mise en application des synergies possibles sur des problématiques-atelier 2 options: Basée sur une approche ciblée sur un matériau potentiellement valorisable et/ou toxique Ex: effluents vinicoles ou oléicoles, avec: Caractérisations physico-chimiques du matériau Caractérisations du point de vue de sa toxicité (évaluation parallèle chimique et microbio) Evaluation des filières de traitement éventuels Evaluation des valorisation possibles et vérification de la non-toxicité du nouveau matériau Evaluation de son coût économique et son coût écologique Basée sur une filière de traitement complexe de type phytoremédiation Intégration en plus des aspects de manipulation du génome Intégration d’une option valorisation de la biomasse, en relation avec l’axe 4B

3. « Valorisation » du site de Gardanne Un exemple: Suivi de l’évolution de l’implantation de la végétation sauvage pour en tirer des enseignements sur les possibilités de résilience du système (« phytostabilisation intrinsèque ») C-à-d: - identification des végétaux s’installant sur la friche industrielle - caractérisation des milieux colonisés d’un point de vue microbiologique et chimique (et des autres) - mise en évidence des mécanismes de tolérance chez les plantes et les microorganismes - développement et mise en place de techniques permettant de stimuler et accélérer la réactivation - vérification des changements d’état du milieu - Evaluation du risque sanitaire lié au maintien du site en état et de l’impact de l’approche choisie sur ce risque - Evaluation de la perception de l’approche reverdissement en ville comme alternative à une remédiation de type décapage

Equipement Existence de plusieurs plateformes analytiques performantes et plateformes expérimentales Nécessité de coupler les aspects organiques et inorganiques et en particulier de mieux caractériser les liaisons organo-métalliques Besoin d’un MEB + micro analyse et platine cryo pour l’observation et l’analyse de matériel végétal

Thématiques de recherche Axe 4 B. Bioénergies Taille Unités de recherche Thématiques de recherche Axe 4 B. Bioénergies Taille IRD/Université de Provence/Université de la Méditerranée UMR 180 – MicroBiotech Exploration de la biodiversité bactérienne en milieu extrême Ecologie microbienne génomique et métagénomique des environnements extrêmes. 23 INRA/Universités de Provence et de la Méditerranée UMR 1163 Exploration à haut débit de la biodiversité fongique Modelage des génomes fongiques Ingénierie enzymatique Etude de l’évolution des génomes fongiques. 16 CEA Cadarache DSV iBEB; UMR 6191 Bases moléculaires de la production de biomasse végétale Production d’hydrogène et de biocarburants par des microorganismes photosynthétiques et des plantes 20 CEA Cadarache DEN DTN/STPA/LPC Gazéification haute température de la biomasse pour la production de biocarburant de synthèse et/ou d’hydrogène 5 UMR 6181 LMSNM-GP, Université Paul Cézanne Production de biocarburant à partir de graines d’oléagineux Extraction par CO2 supercritique CEREGE OHP Production physico-chimique d’hydrogène Total 74

Les thématiques de recherche Production de biocarburants de 2ème et 3ème génération Production d’hydrogène : - microorganismes photosynthétiques (microalgues, cyanobactéries) - gazéification haute température de la biomasse (bois, résidus de récolte, déchets,…) - procédé physico-chimique (oxydation du Fe) Production d’éthanol par fermentation de la biomasse ligno-cellulosique. Production de biodiesel par des microorganismes photosynthétiques

Fédération de Recherche Les recherches sur les Bioénergies en région Fédération de Recherche ECCOREV CEA Cadarache DSV/IBEB DEN/DTN UIII Arbois CNRS Marseille IBSM Luminy UMR INRA IRD Université Luminy

En France, les transports représentent plus de 40% des émissions de CO2

Les biocarburants de 1ère génération : les limites Rendement énergétique faible Coût environnemental élevé Compétition avec la production alimentaire Compétition avec les ressources en eau Bilan positif sur l’effet de serre remis en question (N2O)

Les biocarburants de 2ème et 3ème générations Un enjeu pour la recherche et pour la société hydrogène hydrogène biodiésel Micro-organismes photosynthétiques

Les objectifs Meilleure visibilité (université, décideurs, pôles de compétitivité, partenaires industriels) Evaluer et comparer les filières (bilans énergétiques, bilans économiques, écobilans) Proposer des solutions intégrées (bioraffinerie) : gestion de la biomasse; couplages entre filières; valorisation des déchets Envisager des scénarios et évaluer leurs impacts socio-économiques

Les outils de travail Créer et animer un site web interactif Proposer une offre de formation intégrée (Masters, thèses) Créer et animer un groupe de travail multidisciplinaire (biologistes, physico-chimistes, technologues, économistes, sociologues,…) Envisager (2009) un projet ANR mené par un économiste (à identifier)