Introduction à la phytoremédiation
L’étymologie du mot phytoremédiation provient du grec « phyton », qui signifie « la plante » et du latin « remedium » qui signifie « rétablissement de l’équilibre ».
La phytoremédiation consiste en l’utilisation de plantes, et des micro-organismes qui y sont associés, pour dépolluer des sols, épurer des eaux et assainir l’air. Lorsque ce sont des algues qui sont utilisées, on parle de phycoremédiation et lorsque ce sont des champignons, de mycoremédiation.
L’utilisation des plantes pour leur capacité épuratoire n’est pas un concept nouveau. Les Grecs et les Romains, depuis l’Antiquité, ainsi que les Chinois depuis plusieurs siècles, utilisent les plantes pour traiter la pollution des eaux.
Ce n’est en revanche que depuis les années 1950 que des chercheurs ont commencé à analyser l’effet dépolluant des plantes macrophytes, c’est-à-dire les plantes aquatiques macroscopique, donc visible à l’œil nu.
Il est ainsi mis en évidence que ce sont les bactéries vivants autour de leur rhizomes, c’est-à-dire leur tige souterraine en forme de racine, qui possèdent l’activité dépolluante la plus importante.
Dans les années 70, il est mis en évidence que certaines plantes ont même des capacités d’accumulation des métaux et des pesticides. Ainsi leur utilisation à des fins de dépollution commence à se démocratiser.
Enfin dans les années 90, des recherches de la NASA ont démontré l’efficacité des plantes sur l’assainissement de l’air.
Les recherches sont aujourd’hui toujours en cours et nous allons revenir sur chacune de ces applications dans les parties suivantes après avoir évoqué les différents mécanismes en œuvre lors de processus de phytoremédiation.
Comment ça fonctionne ?
La phytoremédiation est basée sur la capacité des plantes à se développer en milieux contaminés et à extraire, accumuler, stabiliser, volatiliser ou dégrader un agent polluant.
Les agents polluants concernés par la phytoremédiation sont multiples. Cela peut être des composés organiques, des composés inorganiques (arsenic, nickel, hydrocarbure, pesticides, explosifs), des métaux (cadmium, zinc, cuivre, or, sélénium, mercure) ou les radioéléments (césium, strontium, uranium).
On distingue 5 catégories de phytoremédiation : la phytofiltration, la phytostabilisation, la phytoextraction, la phytodégradation et la phytovolatilisation.
La phytofiltration, ou rhizofiltration, consiste en l’absorption ou l’adsorption des contaminants par les racines des plantes en milieu humide. Dans le cas de l’absorption, ces contaminants pénètrent dans les racines, dans le cas de l’adsorption, ils s’y fixent en surface. Dans les deux cas, une certaine quantité de ces substances peuvent s’accumuler, créant ainsi un véritable filtre végétal.
La phytostabilisation consiste, cette fois au niveau des sols, en la séquestration des polluants par les plantes par et dans leur système racinaire et ce avec peu ou pas de translocation de ceux-ci dans les parties aériennes, c’est-à-dire pas de transfert de ces composés dans d’autre parties de la plante par la circulation de la sève. Les phénomènes de lessivage et d’érosion des sols produits par le ruissellement les eaux de pluies, contenant des particules porteuses de polluants, sont réduits. Ainsi la mobilité de ces polluants est diminuée, limitant donc leur transfert à d’autres compartiment environnementaux ou dans la chaîne alimentaire, ainsi que leur infiltration en profondeur en direction des nappes phréatiques.
La phytoextraction consiste aussi en l’absorption des polluants par et dans les racines des plantes dites hyperaccumulatrices, c’est-à-dire une plante capable de stocker dans ses tissus une quantité élevée voire très élevé d’un ou plusieurs éléments, mais cette fois avec translocation dans les parties aériennes. Cette biomasse polluée peut ensuite être récoltée, c’est à dire coupée, séchée et incinérée afin d’obtenir des cendres qui pourront alors soit être enfouies dans des centres de stockage ou revalorisées selon leur contenance en résidus. Ainsi la concentration de certains métaux présents dans les sols mais qui ne sont pas biodégradables est concentrée et maîtrisée.
La phytodégradation consiste l’absorption puis en la dégradation des polluants organiques soit par des enzymes directement produites par les plantes et capable de transformer les substances absorbées en substances moins toxiques, soit par des micro-organismes associés à ces plantes, notamment au niveau de la rhizosphère (rhyzodégradation), c’est-à-dire la partie du sol proche des racines des plantes très riche en micro-organismes et en substances biologiques.
La phytovolatilisation consiste en l’absorption de l’eau contenant des polluants et leur transformation en composés volatiles lors de leur translocation dans les parties aériennes de la plante. Ces composés sont ensuite relâchés dans l’atmosphère par les feuilles par transpiration. Ces composants sont au préalable souvent dégradés en d’autres moins toxiques mais ce n’est pas toujours le cas.
Dans tous ces cas, un phénomène de phytostimulation à lieu, c’est-à-dire une stimulation par les plantes des activités microbiennes favorables à la dégradation des polluants, localisé essentiellement dans la rhizosphère. Cet aspect, quand il a été étudié, a été constaté chez toutes les plantes hyperaccumulatrices.
Parmi les plantes les plus employées à ces fins de dépollution, on peut citer le tournesol particulièrement utilisé pour extraire les métaux lourds tels que le plombs et les radioéléments tel que l’uranium, le saule pleureur utilisé pour la dégradation d’hydrocarbure, le peuplier utilisé pour la stabilisation de l’atrazine qui est un herbicide ou encore le tabac utilisé pour la volatilisation de composés organiques.
La dépollution des sols, c'est possible !
En France, on estime que 80% des sols sont pollués. La dépollution des sols, qui utilisent les mécanismes explicités précédemment, à ainsi pour enjeu de concentrer et maîtrises les contaminants afin de limiter leur transfert dans d’autres compartiments de l’environnement et au sein de la chaine alimentaire.
Le processus consiste en l’implantation de plantes hyperaccumulatrices, c’est-à-dire des plantes résistantes à la pollution ciblée, avec un système racinaire très développé, capables d’absorber jusqu’à 1% de leur poids en matière sèche. Cette dépollution des sols par les plantes permet qui plus est de préserver l'état naturel de l'environnement, puisqu'il n'est pas nécessaire de détruire le sol pour le transporter et le traiter ailleurs. De plus, dans le cas des plantes capables d'extraire les métaux lourds du sol, il est possible de récupérer ces métaux après incinération des végétaux et de les valoriser, ce qui inscrit la phytoextraction dans l’économie circulaire. Les métaux stockés dans les feuilles et tiges des végétaux peuvent en effet être réemployés dans certains procédés pharmaceutiques et chimiques.
Cependant, ces mécanismes de phytoremédiation ne permettent pas de traiter des pollutions profondes du fait de l’enracinement des plantes hyperaccumulatrices qui dépassent rarement 80cm. Par ailleurs, les plantes doivent trouver des conditions favorables à leur développement. Des carences en éléments nutritifs essentiels peuvent compromettre leur développement. Ainsi la dépollution des sols par les plantes ne fonctionne qu’en cas de pollution moyennement intense, la plupart du temps ces plantes ayant qui plus est de petite biomasse, il faudrait ainsi des centaines d’années pour rétablir l’équilibre du milieu.
La phytoépuration ou l’épuration de l’eau par les plantes
La phytoépuration est une technique de phytoremédiation mettant à profit des processus naturels pour le traitement des eaux usées et les boues liquides.
Ces systèmes d’épuration peuvent s’adapter aux exploitation agricoles, aux petites et moyennes industries, aux petites collectivités, aux eaux de baignade ainsi qu’aux particuliers.
Il existe trois grands systèmes de phytoépuration qui utilisent les différents mécanismes cités plus haut.
Les systèmes en eau libre, que l’on appelle aussi lagunage, consiste en la création de bassins tampon dans lesquels les eaux usées ou polluée vont transiter avec d’être rejeté dans le milieu naturel. Les phénomènes d'autoépuration des eaux, efficaces pour les polluants biodégradables, se font ainsi dans ces bassins, préservant le reste du milieu naturel des conséquences néfastes des pollutions et des effets négatifs de certains phénomènes d'épuration tel que l’eutrophisation de l’eau (voir article consacré), c’est-à-dire la dégradation de la matière organique par les micro-organismes aérobies qui entraîne une diminution du taux d’oxygène dissous de l’eau pouvant asphyxier la faune et la flore aquatique. Ces bassins peuvent notamment être rendu étanche pour éviter aussi les infiltrations dans les eaux souterraines.
Les systèmes de filtres végétalisés sont des bassins dans lesquels des plantes connues pour leurs capacités filtrantes, tels que les roseaux, sont plantés sur un substrat, tels que du gravier ou du sable, sur lequel des bactéries se développent. Ainsi les plantes présentent permettent d’augmenter le temps de rétention des eaux et leur filtration, absorbent certains polluant et en éliminent d’autres par transpiration, c’est-à-dire par évaporation de l’eau par les feuilles. Les micro-organismes présents au niveau de ces filtres, et plus spécifiquement au niveau de la rhizosphère des plantes, vont permettre de dégrader la matière organique et d’éliminer certains polluants. Le substrat quant à lui, en plus de servir de support de culture, permet également de retenir l’effluent et sert aussi de filtre physique.
Les systèmes terrestres consistent en l’épandage de boues liquides en provenance de station d’épuration sur des cultures où les plantes, souvent des peupliers ou des saules voire des bambous, font régulièrement l’objet d’une récolte de biomasse qui est ensuite valorisée par le biais du compostage ou de la création de bioénergie. Ce système, en plus de permettre une épuration des boues liquide, représente aussi un apport en engrais naturel pour les cultures et les sols.
Dans chacun de ces systèmes la photosynthèse, c’est-à-dire le processus par lequel les plantes vertes synthétisent des matières organiques grâce à l'énergie lumineuse en absorbant le gaz carbonique de l'air et en rejetant l'oxygène, favorise le développement de microphytes (planctons, algues) qui consomment de l'azote et du phosphore.
Les UV solaires peuvent aussi contribuer à dégrader certaines molécules synthétiques ou naturelles toxiques tels que des pathogènes.
En plus de leur efficacité en termes d’épuration, ces installations participent au maintien ou à la reconstitution de milieux humides permettant ainsi la préservation d’une faune et d’une flore spécifiques.
Quand est-il de l'assainissement de l'air ?
L’air que nous respirons à l’intérieur est 5 à 10 fois plus pollué que l’air extérieur. Des recherches menées par la NASA dans les années 80-90 ont démontré l’efficacité des plantes sur l’assainissement de l’air, notamment sur les composés organiques volatils comme le benzène, l’ammoniac et le formaldéhyde qui sont contenus dans certains matériaux de construction et qui ont tendance à spontanément migrer hors de ces derniers.
Des recherches menées par la suite ont souligné le rôle primordial du substrat dans les phénomènes d’épuration grâce à certains micro-organismes présents au niveau des racines chez les plantes. En effet des micro-organismes vivent près et dans les racines et convertissent les polluants en produits organiques qui servent à nourrir la plante. Les parties souterraines peuvent donc extraient de l’air certains polluants et les concentrer dans leurs parties aériennes ou racinaires.
Dans une autre mesure, les polluant de l’air sont absorbées par les feuilles des plantes. En effet, grâce à leurs parties aériennes, les plantes pompent les produits toxiques de l’air ambiant et accumulent ces derniers sur leurs feuilles sous forme de dépôts. Seuls des composés organiques volatiles passent par cette voie (SO2, Nox, O3, CO, formaldéhyde, benzène, toluène…). Ces produits sont ensuite métabolisés ou stockés dans la plante.
Qui plus est, les plantes émettent de la vapeur d’eau par le processus de transpiration et améliore le taux d’humidité de l’air.
Des recherches plus récentes ont cependant montré que si, en laboratoire, donc en enceintes contrôlées, des plantes peuvent présenter une capacité à absorber certains polluants gazeux ce n’est pas le cas en conditions réelles d’exposition. L’efficacité d’épuration de l’air par les plantes seules est inférieure à l’effet du taux de renouvellement de l’air sur les concentrations de polluants. Autrement dit, l’aération et la ventilation restent bien plus efficaces que l’épuration par les plantes.
Pour conclure...
La phytoremédiation, en plus de permettre de dépolluer des sols, d’épurer des eaux et d’assainir l’air, permet aussi de ne pas dégrader les milieux, de les restaurer, de valoriser et de conserver les sites pollués. C’est qui plus est une méthode peu coûteuse et simple à mettre en œuvre.
Cependant, son application est limitée à certains sites dont les pollutions ne sont que peu profondes et la durée de remédiation est longue et dépendante d’autres conditions du milieu.
En 2007, Aquatiris a été le premier réseau national spécialiste de la phytoépuration en France et Outre-Mer. Ils offrent un accompagnement dans la conception et la réalisation de projet de phytoremédiation, que ce soit pour un besoin d’assainissement d’une maison individuelle, un projet semi-collectif, un espace touristiques (camping, gîte, cabane) ou un projet agricole ou agro-alimentaire pour trouver une solution écologique personnalisée. Ils permettent ainsi d’obtenir des systèmes durables, autonomes et performant toute l’année, avec des produits de provenance locale et des experts et installateurs de proximité, le tout permettant aussi d’obtenir un compost valorisable et sans mauvaises odeurs.
Marine Millard
Bibliographie
- ADEME. (2011, septembre). Plantes et épuration de l’air intérieur.
- Cuny, D., & Rzepka, M. A. (2007, janvier). Epuration et biosurveillance par les plantes des polluants de l’air intérieur. Projet PHYTAIR phase 1.
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- Fournon, D. (1999). La phytoremédiation. Sciences pharmaceutiques.
- Illovic, S., & Bonnarme, V. (2011). Ces plantes qui guerissent l’habitat. Phytoepuration et genie vegetal : phytoepuration et genie vegetal. (Eyrolles).