Exploration de controverses 4

t1 : Les biotechnologies végétales

Les biotechnologies végétales :
La main verte pour diagnostiquer et assainir les eaux usées, les sites et sols contaminés

http://www.bordeaux.inra.fr/actualites/Coll.%20BiotechnoVegetale.html

La thématique des sites et sols pollués (identification, réhabilitation) est depuis les années 1970 un domaine d’activité en pleine croissance. Elle évolue vers une plus grande technicité, une connaissance approfondie des mécanismes de pollution et une maîtrise des technologies d’investigation et de réhabilitation. Des progrès sont notables pour optimiser sur le plan environnemental et technico-économique ces situations de pollution. L’inventaire du Ministère de l’Environnement reconnaît environ 900 sites pollués en France, mais on estime entre 200 000 à 300 000 le nombre de sites, ayant supporté une activité industrielle, qui peuvent potentiellement présenter une pollution des sols. Les enjeux environnementaux (pollutions des aquifères, immobilisation des terrains, risques sanitaires) et financiers (coûts des réhabilitations) sont énormes, notamment lorsqu’ils sont comptabilisés à l’échelle de l’Europe.

La dépollution des sites pollués met en œuvre des opérations et procédures multiples et complexes. Les maîtres d’ouvrage sont confrontés au difficile choix des techniques de traitement des eaux et des sols, de la fiabilité des procédés de traitement et de leur performance économiques.

Plusieurs processus naturels liés à la croissance des végétaux peuvent aider à nettoyer des composés organiques, des métaux et même des radioéléments qui contaminent des sites et des eaux. Les biotechnologies végétales qui en découlent sont englobées sous le nom générique de phytoremédiation. Elles sont un choix de plus en plus fréquent dans le monde lorsqu’il s’agit de rechercher des méthodes efficaces, peu coûteuses, générant peu de déchets et respectueuses de l’environnement pour assainir et restaurer des sites pollués.

Parmi les biotechnologies végétales (phytoremédiation), on distingue notamment :
la phytoextraction
la phytostabilisation
la phytodégradation
la phytovolatilisation

La phytoextraction : Certaines plantes, dites hyper-accumulatrices, ont acquis une capacité naturelle à accumuler des composés potentiellement toxiques dans leurs tissus pendant leur croissance. Les métallophytes sont capables d'accumuler par exemple de grandes quantité de métaux dans leurs tissus (>1% de la masse de matière sèche). Elles peuvent être utilisées comme des pompes, fonctionnant à l’énergie solaire, pour extraire et concentrer ces composés sous une forme plus facile à disposer.

De nombreux éléments inorganiques, métaux ou non-métaux, sont absorbés et accumulés par des plantes métallophytes. L’arsenic, le plomb, le cadmium, le chrome, le cuivre, l’uranium, le strontium, le césium, le cobalt, le nickel, le zinc, etc. peuvent être sélectivement absorbés par des plantes. Par exemple, le Thalaspi caerulescens accumule le zinc de sols fortement pollués par ce métal, mais il est capable d'accumuler le plomb et le cadmium des sols pauvres en zinc.

Il faut ensuite récolter les plantes et de les traiter pour éliminer ou recycler le contaminant. Des composés comme les métaux peuvent être récupérés en incinérant la biomasse à haute température — la thermolyse — et recyclés. Une co-génération d’énergie est envisagée dans certains cas comme l’utilisation de taillis d’arbres. En France, des essais de phytoextraction sont conduits sur sites par exemple dans des terres contaminées par retombées atmosphériques, près d’Auby, dans la région Nord-Pas-de-Calais en collaboration avec E.D.A., les Universités de. Lille I et Lille II, et APINOR. La phytoextraction fonctionne au mieux lorsque les contaminants sont localisées dans les 70 premiers cm de terre qui sont explorés par les racines. Mais d’autres biotechnologies sont développées pour traiter les eaux, en particulier des nappes, qui sont plus profondes.

La phytostabilisation : la rhizofiltration qui consiste à développer une biomasse végétale sur les eaux contaminées ou usées peut être beaucoup moins chère que les méthodes traditionnelles de filtration ou même d’autres biotechnologies utilisant des fermenteurs avec des micro-organismes.

Dans le cas des sites d’entreposage de déchets miniers (métaux, charbon, etc…), il est classique maintenant d’installer des zones humides avec des végétaux permettant de traiter les effluents d’écoulement

Les espèces végétales qui sont étudiées sont des espèces cultivées comme les moutardes, la luzerne, le tabac, les tomates, les tournesols ou des plantes métallophytes comme Thalaspi carulescens. Environ 400 plantes sont classées comme hyper-accumulatrices Des arbres comme les saules et les peupliers sont aussi de bons ouvriers pour l’assainissement.

Pour les sites très pollués où les végétaux ne peuvent pas directement s’installer, l’apport d’amendements organiques et minéraux aide à changer la forme chimique des contaminants dans les sols et à diminuer la phytotoxicité. Il s’agit des techniques d’inactivation, pratiquées sur le site ou une zone de traitement. Des plantes peuvent ensuite être installées en complément. Il peut s’agir de plantes relativement tolérantes, n’accumulant pas les contaminants dans les parties susceptibles d’être consommées par des animaux, ou bien de plantes métallophytes. Dans le premier cas, la phytostabilisation du site permet une diminution des voies d’exposition et de dispersion, en limitant l’érosion éolienne, le transfert dans les eaux, etc. L’inactivation des contaminants, les intrants d’éléments par la biomasse et l’abri du couvert végétal pionnier favorisent la reconquête rapide du milieu par d’autres espèces végétales volontaires et l’installation d’animaux. Il en résulte une nouvelle biodiversité des espèces à même de favoriser la renaissance d’écosystèmes. Des exemples de phytostabilisation de sols pollués par des métaux sont menés en France, à l’INRA du Centre Bordeaux-Aquitaine (ER BGETA), avec la collaboration de chercheurs en Belgique (Limburg Universitair Centrum), au Pays-Bas (Vrije Universiteit Amsterdam) et au Portugal (Université UTAD Villa Real) depuis le 4ème programme européen Environnement et Climat en 1995. Des essais existent aussi en Grande-Bretagne, aux Etats-Unis, et en Europe de l’Est. Ces essais ont montré la persistance des biotechnologies mises en œuvres et l’assainissement des sites. Dans le second cas, on cumule la fixation (bio)géochimique des contaminants dans la terre et la décontamination de la fraction résiduelle encore accessible, ce qui peut accélérer la décontamination ou la restauration du site .

La phytodégradation : Il s’agit de contribuer à la dégradation de composés organiques (ex : hydrocarbures, pesticides) en composés plus simples par des cultures de plantes appropriées. La présence de ces plantes a deux actions possibles: favoriser la présence et l'activité dépolluantes de micro-organismes associés à leurs racines ou dégrader directement dans leurs cellules les composés polluants. Il est possible de sélectionner les microorganismes associés dans ces biotechnologies végétales, afin de renforcer l’efficacité des traitements ou d’accélérer les processus. La plante apporte l’énergie via des composés organiques libérés par ses racines et sa biomasse, ou sert d’hôte aux microorganismes. Les micro-organismes peuvent aider les végétaux à s’établir dans un milieu pauvre en nutriments. De nombreuses plantes sont capables d’utiliser et de détruire des molécules organiques pendant leurs croissances : des organochlorés, d’autres pesticides, des molécules entrant dans la composition d’explosifs, des PCB (diphényl polychlorés), des TCEs (trichloréthylène), des HAPs (hydrocarbures polyaromatiques) et d’autres résidus pétroliers.

La phytovolatilisation : Des plantes ont naturellement l’aptitude d’absorber des contaminants. Puis, lors du métabolisme, les contaminants ou leurs dérivés sont associés dans des composés volatiles qui sont libérés in fine dans l’atmosphère. Un exemple est le traitement des sites contaminés en Sélénium (Se). Par transgénèse, des gènes d’autres organismes, en particulier de micro-organismes ont été transférés à des végétaux pour leur permettre de rendre volatils des contaminants (exemple : peupliers transformés volatilisant le mercure de sites contaminés).

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Des avantages prouvés :

L’avantage des biotechnologies végétales est de pouvoir traiter de grandes surfaces ou de grands volumes, à très faible coûts, sans générer de nouvelles fortes perturbations du milieu. Un point très important est que les qualités biologiques du sol sont préservées en vue de ses usages ultérieurs.

La plupart des traitements peuvent être réalisés sur site, évitant le transport de matériaux pollués. Les temps de traitements dépendent de la contamination des milieux à assainir. Les pas de temps vont de quelques années à quelques dizaines d’années selon les cas. Les temps de phytoextraction peuvent être diminués en améliorant les capacités des espèces végétales et leurs conditions d’exposition aux contaminants (modification du milieu pour une plus forte absorption par le végétal).

Les plantes démontrent de plus en plus leur utilité pour restaurer les sols faiblement ou modérément contaminés.

Les biotechnologies végétales sont également utiles sur d’autres aspects :

- prévenir de la contamination des milieux
- décider quels sites, où quelles zones sur un site, sont les plus à risque et doivent être assainis en priorité;
- quantifier l’efficacité des traitements d’assainissement,
- exercer une biosurveillance des risques résiduels et de la persistance des traitements

De nombreux travaux de recherche sont en cours pour :

- découvrir de nouvelles possibilités de traitement ;
- comprendre les mécanismes mis en jeu dans les plantes et les milieux ;
- améliorer les espèces végétales et les associations avec les microorganismes ; capacités de tolérance et d'accumulation, systèmes de reproduction, flux de gènes entre populations.
- sélectionner les espèces en fonction des contaminants et des conditions climatiques ;
- optimiser les procédés de traitements selon la typologie des sites;
- comparer les biotechnologies végétales avec les autres techniques notamment les physico-chimiques
- faire la preuve de la persistance des opérations d’assainissement par les biotechnologies végétales.

Un aspect très important est de trouver ou de mettre en œuvre les végétaux adaptés à chaque site et à l’objectif d’assainissement. L’adaptation aux conditions climatiques est aussi une des clés. La nature est à ce point bien faite que rares sont les endroits où une végétation plus ou moins variée ne se développe pas. Une flore spontanée et tolérante s’installe presque toujours sur des sites miniers, des friches industrielles et des terrains contaminés tant par des hydrocarbures que par des métaux.

Le développement des opérations de dépollution reste sous la dépendance de l’action réglementaire, récente dans ce domaine, et des moyens financiers faibles que les entreprises sont prêtes à consacrer à cet " investissement non productif ", mais essentiel à la Santé Publique et à la gestion des espaces naturels et urbains.

On estime entre 50€ et 100€ par tonne traitée, l’abaissement des coûts de traitements générés par la phytoremédiation par rapport aux autres techniques les plus performantes (sur le plan économique et technique)

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Exemples d’application :
Décontamination du plomb dans les sols urbains
Décontamination des sols contaminés par des radioéléments (Tchernobyl)

Décontamination d’eaux et sols contaminés en uranium

Traitements des déchets de mines, stabilisation des déchets, décontamination des eaux des sites de stockage de déchets de l’industrie des métaux (ex : INCO Sudburry)

Traitement de sites contaminés en métaux non-ferreux : Lommel-Maatheide (Belgique), Jales (Portugal, INRA Centre Bordeaux Aquitaine), Northampton, Cornwall, St Helens (GB)

Traitement de sites contaminés par des apports de boues : INRA Centre Bordeaux Aquitaine (France)

Traitement de sol contaminés en As par des fougères

Décontamination de sols et d’eau contaminés en Sélénium (San Joaquim Valley)

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COST 837

25,26,27 avril 2002 à Bordeaux
Colloque
"Evaluation du risque et gestion durable du sol à l'aide des plantes dans les sols contaminés en éléments traces"

COST est l’acronyme de Co-operation in the field of Scientific and Technical research.

Ce système de réseau intergouvernemental à l’échelle européenne date de 1971. Il permet de coordonner et d’aider la circulation du savoir à l’échelle européenne (voir les sites web du COST et du COST 837). Le but des réseaux COST est d’assurer une position forte de l’Europe dans le domaine de la recherche, tout en assurant une intégration entre les différents pays européens.

L’Action COST 837 est axée sur les biotechnologies végétales pour décontaminer les eaux usées et les sites contaminés par des composés organiques et des métaux. Le colloque de Bordeaux en avril 2002 est le 4ème Workshop Européen de l’Action COST 837 Working Group 2 (Groupe de travail n°2 sur les métaux) après Lausanne (1999), Parme (2000) et Madrid (2001). Le thème majeur retenu cette année pour ce colloque est " Evaluation du risque et gestion durable du sol à l’aide des plantes dans les sols contaminés en éléments traces. ". Il est organisé par l’INRA Aquitaine avec le soutien de la Région Aquitaine, de l’INRA (Département Environnement & Agronomie, Groupe Ecotoxicologie, de la Commission des Communautés Européennes (COST Action 837), et de l’ADEME. Quatre sessions (Biodisponibilité, Evaluation du risque, Gestion durable du sol, Risques d’utilisation des OGM) réuniront des scientifiques et des partenaires institutionnels. Une table ronde tenue à l’Hotel du Conseil Régional d’Aquitaine permettra un débat entre Chercheurs, Décideurs, et Acteurs dans les entreprises de l’ " Acceptabilité sociale et politique et de l’appropriation des biotechnologies de phytoremédiation "

Objectifs du colloque :

- Offrir un forum européen de synthèses, de communications orales et de présentations d’affiches, et de discussion sur les nouvelles biotechnologies de l'environnement associant les plantes et les micro-organismes (phytoremédiation) qui permettent de comprendre, d'évaluer et d'assainir les risques liés à la contamination des sols en éléments traces (métaux et non-métaux)).
- Permettre la diffusion de résultats acquis dans des projets nationaux, européens, avec l'industrie et des organismes institutionnels.

- Partager et comparer les expériences et les résultats obtenus par les scientifiques sur des sites contaminés. Discuter leur faisabilité, leur déclinaisons dans le contexte régional : le cas de la Région Aquitaine.
- Identifier, avec les partenaires, les principaux sujets devant être étudiés dans l'avenir soit pour répondre à l'évaluation quantitative des risques, soit élaborer des méthodes d'assainissement, soit disposer de méthodes de biosurveillance des sites.

- Offrir la possibilité de nombreux contacts entre les participants (notamment en vue du 6ème PCRD de l’Union Européenne), stimuler de nouvelles collaborations, former de jeunes chercheurs. Permettre aux étudiants et jeunes chercheurs de l’Aquitaine de s’informer, d’orienter leurs travaux, de créer ou conforter des liens relationnels

- Favoriser le transfert d'information vers les Centres de ressources, les Organismes Institutionnels, les décideurs, les entreprises.

Participants : 135 Pays représentés : 24. (Allemagne, Autriche, Belgique, Canada, Chypre, Danemark, Espagne, Finlande, France, Hongrie, Irlande, Italie, Israël, Norvège, Pays-Bas, Pologne, Portugal, République Tchèque, Roumanie, Royaume-Uni, Slovaquie, Suède, Suisse, USA.).

Table ronde à l'Hôtel de Région

Quels sont les exemples les plus marquants sur le plan international ? A- t-on suffisamment de savoir pour proposer ces technologies ? Nos citoyens, nos décideurs connaissent-ils les biotechnologies de la phytoremédiation ? La réglementation dans les pays est souvent basées sur les teneurs totales.
Est-ce un frein aux développement des technologies ? Comment faire évoluer la réglementation ? Comment les entreprises peuvent s’approprier les techniques ? De quel ordre sont les difficultés pour s’approprier les innovations ? Partenariat entreprise / recherche : où en est-on ?

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Contact : Michel Mench, Directeur de recherche INRA
Equipe de Recherche "Biogéochimie des Eléments Traces dans les Agrosystèmes (ER BGETA)
Centre de Recherche INRA Bordeaux-Aquitaine, Villenave d'Ornon, France
> Tél: 05 57 12 25 03

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Mission Communication INRA Bordeaux-Aquitaine > 05 57 12 26 52

Posted by Team_4_1 at mars 3, 2005 11:55 AM