I – Tout commence au 16° siècle !

Au 16ème siècle, un botaniste de Florence, Andréa CESALPINO, découvre une plante qui pousse sur des roches riches en métaux, notamment du nickel.
De 1814 à 1948, de nombreuses études sont faites par des scientifiques sur cette plante nommée ALYSSUM BERTOLONII, et on découvre alors qu’elle accumule dans son organisme une forte teneur en métaux du sol où elle vit, une teneur plus importante que celle dans le sol.

Par la suite, d’autres plantes ayant les mêmes propriétés sont découvertes.
Et c’est dans les années 1970 qu’apparaît l’idée d’utiliser ces plantes aux propriétés particulières.
Aujourd’hui, Il existe différentes formes de phytoremédiation, qui utilisent toutes l’implantation d’un couvert végétal pour exporter par phytoextraction, stabiliser le sol par phytostabilisation ou volatiliser par phytovolatisation les polluants d’un sol.
Dans cet article nous examinons principalement la phytoextraction des métaux lourds et ainsi présenter cette capacité naturelle des plantes à prélever et à accumuler dans leurs parties aériennes ces polluants très toxiques.

Ces plantes sont ensuite récoltées puis incinérées.
Leurs cendres sont ainsi recyclées en métallurgie ou stockées.
Cette méthode de recyclage est le phytominage.

Lorsque cette phytoextraction s’effectue sur milieu liquide, on parle alors de rhizofiltration ; ainsi parfois dans des stations d’épurations il arrive d’utiliser la phytoremédiation.

II – Comment cela fonctionne ?

Deux méthodes sont possibles : la phytoextraction continue ou la phytoextraction induite.

La phytoextraction continue se fait naturellement ; elle consiste en une accumulation exceptionnelle tout au long du développement de la plante comme le montre le schéma suivant.
Ces plantes sont appelées métallophytes si elles poussent exclusivement en présence de métal, ou pseudo-métallophytes s’il n’y a pas que des métaux ou si ces derniers ne sont pas absolument indispensables à leur développement.
A maturité les plantes sont récoltées, incinérées, et les cendres sont alors stockées dans un lieu sécurisé. Une partie des métaux est potentiellement retraitée, puis réutilisée.
On peut renouveler la culture jusqu’à obtenir des taux acceptables de métaux lourds dans les sols, compatibles avec les quotas du Ministère de la Santé.

La phytoextraction induite se fait par ajout de chélateurs .
La figure suivante montre que tant que les chélateurs n’ont pas été appliqués, la plante ne prélève pas les métaux du sol, contrairement au cas des plantes hyper accumulatrices qui réalisent une phytoextraction continue.

C’est lorsque la plante atteint un certain niveau de croissance, on parle alors de « biomasse maximale », que les chélateurs synthétiques appropriés sont injectés dans le sol.
Le prélèvement de métaux est de ce fait plus intense mais concentré dans une courte durée.

La plante accumule les métaux polluants dans des parties récoltables. On effectue la récolte pour extraire les métaux recherchés.

III – Quelques plantes métallophytes

Outre l’Allyssum Bertolonii, on peut utiliser également :

Les peupliers :

 

La pensée calaminaire :

Voire même le Colza ​​​et la ​​​​moutarde brune

IV – Comment les cellules absorbent les métaux

L’absorption des métaux lourds se fait par les racines.
Le schéma suivant nous montre les différentes parties composant une jeune racine et le système de vascularisation de la plante dont le xylème qui est l’acteur prépondérant de la migration des métaux lourds vers les parties aériennes chez les végétaux supérieurs.

Pour être absorbés, les métaux lourds doivent être rendus solubles dans la rhizosphère. Ils sont ainsi, soit libres, mais le plus souvent, liés à d’autres molécules appelées des agents chélatants.

Ces agents sont ajoutés aux sols de manière artificielle ou libérés par les racines de certaines autres plantes grâce à des composés organiques et minéraux appelés exsudats ; ce sont des facilitateurs du passage des métaux lourds dans la plante.

De cette manière, la chélation d’ions métalliques par des ligands spécifiques de forte affinité diminue la concentration en ions métalliques libres.
Ainsi, leur phytotoxicité est réduite.
Deux sortes de peptides chélateurs des métaux lourds sont connues :

  • Les metallothionéines
  • Les phytochélatines

L’ajout de chélateurs dans le sol permet donc une meilleure absorption racinaire. Ce qui est une pratique courante dans les installations de phytoremédiation.
Un exemple d’agent chélateur du plomb notamment est L’EDTA : acide éthylène-diamine-tétra acétique, dont la formule chimique est C10H16N2O8.
Après application d’EDTA, l’accumulation de plomb dans la plante est directement corrélée avec une accumulation d’EDTA. Ainsi, il est admis que le plomb est transporté à l’intérieur de la plante sous forme de complexe Pb-EDTA.
La présence de niveaux élevés d’EDTA dans les tissus de la plante augmente la concentration en plomb soluble dans la plante par formation du complexe soluble Pb-EDTA ; cela permet son mouvement depuis les racines jusqu’aux parties aériennes où le plomb s’accumule sous la forme Pb-EDTA.

V – Que dit la Science appliquée ?

Les plantes métallophytes poussent ainsi sur des sols riches en métaux.

Elles sont de fait très répandues autour d’anciennes mines très polluantes.

La chimiste Claude GRISON s’est penchée sur le potentiel dépolluant de ces plantes et leurs possibles applications. Elle a débouché sur 12 brevets au moins !

Claude GRISON, universitaire et chimiste, a commencé à s’intéresser aux plantes métallophytes suite à des pistes de recherches abordées avec ses étudiants.
Elle a concentré ses recherches sur la phytoremédiation, c’est-à-dire l’utilisation de certaines plantes pour assurer la dépollution des eaux et sols, et en particulier sur d’anciens sites miniers.

Plusieurs de ces molécules contribueraient à limiter le développement de certains cancers.

Elle oriente alors ses recherches vers la substitution des métaux lourds par le métal contenu dans les plantes métallophytes qui extraient les métaux lourds des sols pour les stocker dans leur appareil végétatif.

Elle trouve rapidement des possibilités d’application concrète, ce qui débouche sur des brevets et partenariats

VI – Le cas de Rinorea Niccolifera : la plante anti-pollution des PHILIPPINES

Le genre Rinorea appartient à la famille des violacées, dans laquelle se trouvent aussi la pensée et la violette.
Rinorea compte entre 225 et 275 espèces présentes dans des régions tropicales, dont plusieurs connues pour hyper accumuler le nickel.
Ainsi :
Rinorea bengalensis peut stocker jusqu’à 17.500 µg/g de nickel ;
Rinorea javanica en accumule jusqu’à 2.170 µg/g dans ses feuilles.

L’espèce décrite ici a été découverte dans la partie ouest des PHILIPPINES, une région connue pour ses sols riches en métaux lourds. Elle absorberait des doses 100 à 1.000 fois supérieures à celles généralement acceptées par les plantes.

Ces violacées pourraient donc devenir des alliées pour dépolluer ou extraire des métaux…

1 cm est la longueur blanche
20 cm est la longueur blanche

Le Plus de Potager en Ville :

Dans l’avenir de nombreuses concentrations urbaines utiliseront la phytoremédiation, ainsi La communauté d’agglomération de Creil a été la première en France, en 2013, à mettre à disposition de chercheurs de l’Institut national de l’environnement industriel et des risques INERIS près d’un millier de m2 pour conduire des recherches en phytoremédiation, éventail de techniques de dépollution des sols par les plantes.
« Lorsqu’on a fait des études de sol, on a trouvé de la pollution qui venait de cette entreprise, mais aussi d’autres activités, car c’était des sols en remblai, pollués ailleurs et reversés ici » explique Hervé COUDIERE, directeur général adjoint des services de la Communauté d’agglomération de CREIL, en charge de l’environnement.
« Plantés sur 300m² au bord d’un rond-point, les saules des vanniers, aux frêles tiges, et les arabettes de Haller, minuscules végétaux en étoile, ne relèvent pas de la simple coquetterie paysagère : ils supportent sans ployer la pollution au zinc et au cadmium, deux métaux toxiques. »

Transformer de la pollution en valeur précieuse, l’Homme pourra le faire !

La phytoextraction s’inscrit aussi dans l’économie circulaire.

Les métaux stockés dans les feuilles et tiges des plantes peuvent en effet être réemployés en éco-catalyseurs dans les procédés pharmaceutiques et chimiques.

Nous travaillerons un jour sur la filière globale : les plantes deviennent une matière première enrichie en zinc ou cadmium ou plomb voire même en cuivre !

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