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Des plantes énergétiques pour assainir les sites de métaux lourds

Des chercheurs en botanique européens ont développé et testé sur le terrain une méthode de production de biomasse sur des sites contaminés par des métaux lourds (HMC) qui améliore simultanément la qualité et le fonctionnement des sols.
Des plantes énergétiques pour assainir les sites de métaux lourds
Des études montrent que les cultures de plantes énergétiques destinées à la production de biomasse peuvent également servir à éliminer les métaux lourds présents dans les sols contaminés ou à améliorer la dissémination de ces polluants dans les sols, dans l’air et dans l’eau. L’initiative Phyto2Energy, financée par l’UE, a développé un concept innovant de phytoremédiation des sites contaminés qui combine et teste les propriétés des plantes énergétiques. Au delà de la production de biomasse, certaines peuvent accumuler les métaux lourds dans leurs parties aériennes et d’autres se développer sur des sols contaminés sans absorber les métaux lourds.

Même s’il s’agit d’un processus à long terme, la phytoremédiation permet de restaurer les sols arables contaminés pour une utilisation agricole normale, y compris la culture vivrière ou fourragère. De son côté, la phytostabilisation réduit la mobilité des substances dans l’environnement en stabilisant et en confinant à long terme les polluants, et s’applique aux terres marginales fortement contaminées qui ne seraient jamais utilisées à des fins agricoles. «Cependant, grâce aux propriétés de certaines espèces de plantes énergétiques résistant à l’absorption de métaux lourds, ces sols pourraient être utilisés pour une production de biomasse “propre”», explique Izabela Ratman-Klosinska de l’Institut pour les zones écologiques et industrielles (IETU) de Katowice, en Pologne, coordinatrice du projet.

L’absorption des métaux lourds

Les chercheurs ont étudié les espèces de plantes énergétiques présélectionnées les mieux adaptées à la production de cultures énergétiques basée sur la phytoremédiation: Miscanthus x giganteus, Sida hermaphrodita, Spartina pectinata et Panicum virgatum – sur deux sites. Le premier champ comprenait des terres arables contaminées par des métaux lourds et le second était une ancienne zone d’assèchement des boues d’épuration.

Les résultats ont montré que la teneur en matière organique déterminait le niveau de biodisponibilité des métaux lourds et donc le niveau d’absorption des métaux lourds par les espèces énergétiques. «Quel que soit le site, les résultats les plus prometteurs en termes d’absorption de métaux et de production de biomasse ont été les plus élevés avec la Spartina pectinata», affirme le Dr Marta Pogrzeba de l’IETU, qui a coordonné ces études et ces essais sur le terrain. «Cela en fait une espèce candidate pour une production de biomasse sécurisée, même sur des sites fortement contaminés avec un niveau élevé de biodisponibilité des métaux lourds», ajoute-t-elle.

L’absorption de plomb la plus élevée a été observée avec la Miscanthus x giganteus, et la Sida hermaphrodita a présenté la plus forte absorption de cadmium et de zinc. Ces espèces ont également présenté un rendement de biomasse satisfaisant, en faisant des candidats appropriés pour la production de plantes énergétiques basées sur la phytoremédiation.

Les microbes des sols augmentent la biomasse

Les scientifiques ont également démontré avec succès le potentiel des microbes des sols dans l’augmentation du rendement de la biomasse en étudiant plus de 140 souches bactériennes isolées du système racinaire des espèces énergétiques testées. «Sur ces 140 souches, les chercheurs en ont identifié trois de la famille Pseudomonas putida qui, après un nouveau séquençage du génome, se sont révélées uniques en termes de facilitation de la croissance des plantes et d’augmentation de la résistance aux métaux lourds. Ces caractéristiques en ont fait des candidats prometteurs pour un prototype de formule biostimulante dédiée aux cultures énergétiques», déclare le professeur Grażyna Płaza de l’IETU, responsable de la coordination des études microbiologiques.

De plus, l’équipe a étudié la conversion de la biomasse en énergie utilisant le processus de gazéification. «Nous avons acquis une connaissance approfondie des caractéristiques de ce combustible, des paramètres de gazéification, du futur des contaminants et des propriétés des produits finis produits», affirme le Dr Sebastian Werle de l’Université de Silésie qui a dirigé les expériences de gazéification. «Ces nouvelles connaissances combinées constituent une base solide pour la conception de futures installations appropriées au traitement de la biomasse contaminée par les métaux lourds.»

Les résultats de Phyto2Energy peuvent bénéficier aux ingénieurs travaillant sur des projets de phytoremédiation à grande échelle ainsi qu’aux projets liés à la gestion des terres. «Les trois souches bactériennes de P. putida sélectionnées peuvent également être utilisées comme composants d’inoculants composites microbiologiques pour stimuler la croissance des plantes, et potentiellement découvrir une application plus large dans l’ingénierie métabolique orientée vers l’industrie», conclut le Professeur Plaza.

Thèmes

Life Sciences

Mots-clés

Phyto2Energy, métaux lourds, biomasse, phytoremédiation, gazéification, phytostabilisation