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Phytoremédiation: nettoyer le sol avec des fleurs

Phytoremédiation: nettoyer le sol avec des fleurs

Selon le site Web de l'International Phytotechnology Society, la phytotechnologie est définie comme la science de l'utilisation des plantes pour résoudre des problèmes environnementaux tels que la pollution, le reboisement, les biocarburants et la mise en décharge. La phytoremédiation, une sous-catégorie de la phytotechnologie, utilise les plantes pour absorber les polluants des sols ou de l'eau.

Les polluants impliqués peuvent comprendre des métaux lourds, définis comme tout élément considéré comme un métal susceptible de provoquer une pollution ou un problème environnemental, et qui ne peut être dégradé davantage. Une forte accumulation de métaux lourds dans un sol ou dans l'eau peut être considérée comme toxique pour les plantes ou les animaux.

Pourquoi utiliser la phytoremédiation?

D'autres méthodologies utilisées pour assainir les sols pollués par des métaux lourds peuvent coûter 1 million de dollars américains par acre, alors que la phytoremédiation coûterait entre 45 cents et 1,69 $ US par pied carré, abaissant le coût par acre à des dizaines de milliers de dollars.

Comment fonctionne la phytoremédiation?

Toutes les espèces végétales ne peuvent pas être utilisées pour la phytoremédiation. Une plante capable d'absorber plus de métaux que les plantes normales s'appelle un hyperaccumulateur. Les hyperaccumulateurs peuvent absorber plus de métaux lourds que ceux présents dans le sol dans lequel ils poussent.

Toutes les plantes ont besoin de métaux lourds en petites quantités; le fer, le cuivre et le manganèse ne sont que quelques-uns des métaux lourds essentiels au fonctionnement des plantes. De plus, certaines plantes peuvent tolérer une grande quantité de métaux dans leur système, encore plus que ce dont elles ont besoin pour une croissance normale, au lieu de présenter des symptômes de toxicité. Par exemple, une espèce de Thlaspi a une protéine appelée "protéine de tolérance aux métaux". Le zinc est fortement absorbé par Thlaspi en raison de l'activation d'une réponse systémique de carence en zinc. En d'autres termes, la protéine de tolérance aux métaux indique à la plante qu'elle a besoin de plus de zinc car elle "en a besoin de plus", même si elle n'en a pas besoin, donc elle en prend plus!

Les transporteurs de métaux spécialisés au sein d'une usine peuvent également aider à l'absorption des métaux lourds. Les transporteurs, qui sont spécifiques au métal lourd auquel il se lie, sont des protéines qui aident au transport, à la détoxification et à la séquestration des métaux lourds dans les plantes.

Les microbes de la rhizosphère s'accrochent à la surface des racines des plantes, et certains microbes assainissants sont capables de décomposer les matières organiques telles que le pétrole et de faire monter et sortir les métaux lourds du sol. Cela profite aux microbes ainsi qu'à la plante, car le processus peut fournir un modèle et une source de nourriture pour les microbes qui peuvent dégrader les polluants organiques. Les plantes libèrent ensuite des exsudats racinaires, des enzymes et du carbone organique dont les microbes peuvent se nourrir.

Histoire de la phytoremédiation

Le "parrain" de la phytoremédiation et de l'étude des plantes hyperaccumulatrices pourrait très bien être R. R. Brooks de Nouvelle-Zélande. Un des premiers articles concernant un niveau inhabituellement élevé d'absorption de métaux lourds dans les plantes d'un écosystème pollué a été rédigé par Reeves et Brooks en 1983. Ils ont constaté que la concentration de plomb dans Thlaspi situé dans une zone minière était facilement le plus élevé jamais enregistré pour une plante à fleurs.

Les travaux du professeur Brooks sur l'hyperaccumulation de métaux lourds par les plantes ont conduit à se demander comment ces connaissances pourraient être utilisées pour nettoyer les sols pollués. Le premier article sur la phytoremédiation a été écrit par des scientifiques de l'Université Rutgers sur l'utilisation de plantes d'accumulation de métaux spécialement sélectionnées et conçues pour nettoyer les sols pollués. En 1993, un brevet américain a été déposé par une société appelée Phytotech. Intitulé "Phytoremédiation des métaux", le brevet divulguait une méthode pour éliminer les ions métalliques du sol en utilisant des plantes. Plusieurs espèces de plantes, dont le radis et la moutarde, ont été génétiquement modifiées pour exprimer une protéine appelée métallothionéine. La protéine végétale se lie aux métaux lourds et les élimine de sorte que la toxicité des plantes ne se produit pas. Grâce à cette technologie, les plantes génétiquement modifiées, y compris Arabidopsis, le tabac, le canola et le riz ont été modifiés pour assainir les zones contaminées au mercure.

Facteurs externes affectant la phytoremédiation

Le principal facteur affectant la capacité d'une plante à hyperaccumuler les métaux lourds est l'âge. Les jeunes racines poussent plus vite et absorbent les nutriments à un taux plus élevé que les racines plus anciennes, et l'âge peut également affecter la façon dont le contaminant chimique se déplace dans la plante. Naturellement, les populations microbiennes dans la zone racinaire affectent l'absorption des métaux. Les taux de transpiration, en raison de l'exposition au soleil / à l'ombre et aux changements saisonniers, peuvent également affecter l'absorption des métaux lourds par les plantes.

Espèces végétales utilisées pour la phytoremédiation

Plus de 500 espèces de plantes auraient des propriétés d'hyperaccumulation. Les hyperaccumulateurs naturels comprennent Iberis intermedia et Thlaspi spp. Différentes plantes accumulent différents métaux; par exemple, Brassica juncea accumule du cuivre, du sélénium et du nickel, tandis que Arabidopsis halleri accumule du cadmium et Lemna gibba accumule de l'arsenic. Les plantes utilisées dans les zones humides artificielles comprennent les carex, les joncs, les roseaux et les quenouilles car ils tolèrent les inondations et sont capables d'absorber les polluants. Plantes génétiquement modifiées, y compris Arabidopsis, le tabac, le canola et le riz ont été modifiés pour assainir les zones contaminées au mercure.

Comment les plantes sont-elles testées pour leurs capacités hyperaccumulatives? Les cultures de tissus végétaux sont fréquemment utilisées dans la recherche en phytoremédiation, en raison de leur capacité à prédire la réponse des plantes et à économiser du temps et de l'argent.

Commercialisation de la phytoremédiation

La phytoremédiation est populaire en théorie en raison de son faible coût d'établissement et de sa relative simplicité. Dans les années 1990, plusieurs entreprises travaillaient dans le domaine de la phytoremédiation, notamment Phytotech, PhytoWorks et Earthcare. D'autres grandes entreprises telles que Chevron et DuPont développaient également des technologies de phytoremédiation. Cependant, peu de travaux ont été effectués récemment par les entreprises, et plusieurs des plus petites entreprises ont cessé leurs activités. Les problèmes liés à la technologie incluent le fait que les racines des plantes ne peuvent pas atteindre suffisamment loin dans le noyau du sol pour accumuler certains polluants et l'élimination des plantes après l'hyperaccumulation. Les plantes ne peuvent pas être réintroduites dans le sol, consommées par les humains ou les animaux, ni mises en décharge. Le Dr Brooks a dirigé des travaux novateurs sur l'extraction de métaux à partir de plantes hyperaccumulatrices. Ce processus est appelé phytomining et implique la fusion des métaux des plantes.