8.1 Annexe 1 : Projets européens concernant la culture de
Miscanthus. x giganteus
Program européen JOULE
Un projet international financé par le programme européen JOULE a débuté en 1989, avec l’objectif d’étudier le potentiel de M. x giganteus à produire de la biomasse au nord de l’Europe. Les pays concernés furent : le Danemark, l’Allemagne, l’Irlande et le Royaume Unis. (Lewandowski et al. 2000)
Programme européen AIR
A travers le programme européen AIR (Agriculture and Agro-Industry including Fisheries Programme of Research and Technological Development, 1990-1994), un budget de 32 364 KECU18
est destiné pour l’étude de M. x giganteus en tant que matériel de construction, dont 3 800 KECU sont procurés par la Commission Européenne (Coombs 2007). Un nouveau projet international a permis en 1993 d’étendre les cultures de M. x giganteus vers les pays du sud (Grèce, Italie, Espagne) (Lewandowski et al. 2000).
Le projet BIORENEW
Dans le cadre programme Environnement et Climat de la DG XII de la Commission Européenne, le projet BIORENEW a débuté en mars 1998 (Contract No. ENV4-CT97_0610) pour examiner l’utilisation potentielle de cultures consacrées à la fabrication d’agrocarburants pour la bioremédiation et renouvellement économique des territoires dégradés par l’industrie (particulièrement ceux pollués par les éléments traces métalliques). Ce projet participe notamment à l’amélioration de l’environnement et contribue à la régénération économique des zones souffrant le déclin industriel. Des essais de dépistage sont entrepris sur le terrain au Royaume-Uni, la Suède et l'Espagne. Parmi les espèces étudiées pour l’extraction des éléments
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traces métalliques (i.e. Salix, Eucalyptus, Phalaris et Miscanthus), 10 clones de Miscanthus ont été suivis. (Riddell-Black 2000; Britt et al. 2002)
Projet REJUVENATE
Sous l'égide du projet SNOWMAN (Sustainable maNagement of sOil and groundWater under the pressure of soil pollution and soil contaMinAtioN) du 6ème programme-cadre de la Commission Européenne, une étude documentaire est réalisée par quatre organisations du Royaume-Uni, la Suède, aux Pays-Bas et en Allemagne : le projet REJUVANATE (2008-2009). Ce projet a évalué aussi l'opportunité potentielle d’utiliser des terres marginales ou dégradées (i.e. friches industrielles et autres terres précédemment développés ou polluées) pour la production de biomasse; biomasse qui pourrait être éventuellement utilisée pour la production d'énergie, de combustibles ou comme fourrage. Cette initiative a envisagé également l’utilisation du compost et d'autres matières organiques recyclées, dans l’intérêt de déterminer si elles jouaient un rôle important dans l'amélioration des sols et de gestion nécessaires aux cultures. Les résultats montrent que s’il avait été possible de cultiver Miscanthus, elle aurait été la culture la plus attrayante financièrement. (Bardos et al. 2009)
Projet bioénergie et sols pollués (France)
En France, des essais de Miscanthus sont suivis par l’INRA de Versailles (2006-2011) sur petites parcelles dans des zones polluées par des boues industrielles à Pierrelaye. Ceci fait parti du projet de biomasse financé par le Conseil Régional d’île de France et conduits par la chambre interdépartementale d’agriculture de l’Île-de-France, sur la thématique bioénergie et sols pollués. (Carton et al. 2008)
D’autre part, au printemps de l’année 2006 à Petite-Rosselle, 5 000 rhizomes de M. x giganteus sont mis à terre dans les sols pollués aux abords du carreau minier Wendel à Petite-Rosselle (Kratz 2006). En mai 2007, la communauté d’agglomération d’Hénin-Carvin a aussi mise en place une culture de M. x giganteus à Noyelles-Godault (Pas-de-Calais) ; la plantation d’environ 6 ha a été réalisée sur des terrains pollués par l’ex-fonderie Metaleurop Nord (Carton et al. 2008; Zehnder 2008).
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8.2 Annexe 2. Résultats brutes du plan d’expérience factoriel en
microplaque de la croissance bactérienne associée à la
rhizosphère de Miscanthus x giganteus en présence de deux
éléments traces métalliques, Zn et Cr
Résultas de croissance bactérienne du sol E :
Combinaison Facteurs Réponse
[Zn] [Cr] [Exsudats] Proximité racinaire
1 -1 -1 -1 NR 1,07 2 +1 -1 -1 NR 0,68 3 -1 +1 -1 NR 0,66 4 +1 +1 -1 NR 0,64 5 -1 -1 +1 NR 0,93 6 +1 -1 +1 NR 0,61 7 -1 +1 +1 NR 0,64 8 +1 +1 +1 NR 0,62 9 -1 -1 -1 R 0,91 10 +1 -1 -1 R 0,73 11 -1 +1 -1 R 0,67 12 +1 +1 -1 R 0,63 13 -1 -1 +1 R 0,95 14 +1 -1 +1 R 0,66 15 -1 +1 +1 R 0,81 16 +1 +1 +1 R 0,73
Niveau « -1 » 0,26 mmol L-1 0,06 mmol L-1 0,0062 mg L-1 Non Rhizosphérique Niveau « +1 » 3,21 mmol L-1 12,21 mmol L-1 0,0620 mg L-1 Rhizosphérique
Combinaison Facteurs Réponse
[Zn] [Cr] [Exsudats] Proximité racinaire
1 -1 -1 -1 R 0,91 2 +1 -1 -1 R 0,73 3 -1 +1 -1 R 0,67 4 +1 +1 -1 R 0,63 5 -1 -1 +1 R 0,95 6 +1 -1 +1 R 0,66 7 -1 +1 +1 R 0,81 8 +1 +1 +1 R 0,73 9 -1 -1 -1 RP 1,06 10 +1 -1 -1 RP 0,87 11 -1 +1 -1 RP 0,87 12 +1 +1 -1 RP 0,85 13 -1 -1 +1 RP 1,01 14 +1 -1 +1 RP 0,85 15 -1 +1 +1 RP 0,81 16 +1 +1 +1 RP 0,80 Niveau « -1 » 0,26 mmol L-1 0,06 mmol L-1 0,0062 mg L-1 Rhizosphérique
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Résultas de croissance bactérienne du sol Mix :
Combinaison Facteurs Réponse
[Zn] [Cr] [Exsudats] Proximité racinaire
1 -1 -1 -1 NR 0,90 2 +1 -1 -1 NR 0,67 3 -1 +1 -1 NR 0,68 4 +1 +1 -1 NR 0,67 5 -1 -1 +1 NR 0,94 6 +1 -1 +1 NR 0,66 7 -1 +1 +1 NR 0,69 8 +1 +1 +1 NR 0,66 9 -1 -1 -1 R 0,93 10 +1 -1 -1 R 0,66 11 -1 +1 -1 R 0,67 12 +1 +1 -1 R 0,68 13 -1 -1 +1 R 0,94 14 +1 -1 +1 R 0,61 15 -1 +1 +1 R 0,69 16 +1 +1 +1 R 0,65
Niveau « -1 » 0,26 mmol L-1 0,06 mmol L-1 0,0062 mg L-1 Non Rhizosphérique Niveau « +1 » 3,21 mmol L-1 12,21 mmol L-1 0,0620 mg L-1 Rhizosphérique
Combinaison Facteurs Réponse
[Zn] [Cr] [Exsudats] Proximité racinaire
1 -1 -1 -1 R 0,93 2 +1 -1 -1 R 0,66 3 -1 +1 -1 R 0,67 4 +1 +1 -1 R 0,68 5 -1 -1 +1 R 0,94 6 +1 -1 +1 R 0,61 7 -1 +1 +1 R 0,69 8 +1 +1 +1 R 0,65 9 -1 -1 -1 RP 0,99 10 +1 -1 -1 RP 0,79 11 -1 +1 -1 RP 0,74 12 +1 +1 -1 RP 0,75 13 -1 -1 +1 RP 1,01 14 +1 -1 +1 RP 0,76 15 -1 +1 +1 RP 0,76 16 +1 +1 +1 RP 0,78 Niveau « -1 » 0,26 mmol L-1 0,06 mmol L-1 0,0062 mg L-1 Rhizosphérique
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Résultas de croissance bactérienne des rhizoplans :
Combinaison Facteurs Réponse
[Zn] [Cr] [Exsudats] Type de consortium
1 -1 -1 -1 Rhizoplan sol E 1,06 2 +1 -1 -1 Rhizoplan sol E 0,87 3 -1 +1 -1 Rhizoplan sol E 0,87 4 +1 +1 -1 Rhizoplan sol E 0,85 5 -1 -1 +1 Rhizoplan sol E 1,01 6 +1 -1 +1 Rhizoplan sol E 0,85 7 -1 +1 +1 Rhizoplan sol E 0,81 8 +1 +1 +1 Rhizoplan sol E 0,80 9 -1 -1 -1 Rhizoplan sol Mix 0,99 10 +1 -1 -1 Rhizoplan sol Mix 0,79 11 -1 +1 -1 Rhizoplan sol Mix 0,74 12 +1 +1 -1 Rhizoplan sol Mix 0,75 13 -1 -1 +1 Rhizoplan sol Mix 1,01 14 +1 -1 +1 Rhizoplan sol Mix 0,76 15 -1 +1 +1 Rhizoplan sol Mix 0,76 16 +1 +1 +1 Rhizoplan sol Mix 0,78 Niveau « -1 » 0,26 mmol L-1 0,06 mmol L-1 0,0062 mg L-1 Rhizoplan sol E
0
RESUME
Le sol est une ressource non renouvelable à conserver en raison de son importance socio-économique et environnementale. Mais, les activités (bio)industrielles peuvent le dégrader et entrainer l’apparition de friches à pollutions persistantes. La capacité de Miscanthus x giganteus à s’adapter aux sols de friches pollués en éléments traces métalliques (ETM), tout en favorisant la consolidation des processus de bioremédiation des polluants, sans entraîner d’impact négatif sur l’environnement, est étudiée. Des terrains lorrains, très impactés par l’activité industrielle passée, sont utilisés. Considérant la complexité des relations sol-plante-microorganismes, différents outils d’évaluation complémentaires (i.e.in vitro, en mésocosme et sur le terrain) sont employés afin de déterminer la réponse de chaque composante et de leurs interactions et ainsi déduire la durabilité de la méthode. La culture de M. x giganteus a un potentiel pour la réhabilitation des sols de friche à pollutions multimétalliques ou mixtes (+HAP), avec un double bénéfice : la phytostabilisation des ETM au niveau racinaire et la production d’une biomasse aérienne révalorisable (transfert limité des ETM). La plante n’altère pas les caractéristiques du sol qui participent à la mobilité des ETM (pH, CEC) ; les variations de celles liées à la fertilité du sol, de la toxicité (fraction liquide) et de l’accumulation des ETM par d’autres organismes, attestent de l’interaction avec le milieu qui rendrait les éléments plus disponibles. L’activité végétale est à l’origine des associations avec les bactéries du sol, où les phylotypes potentiellement métallorésistants (Zn, Cr) semblent communs aux sols utilisés.
Mots clés : Phytoremediation, friche industrielle, réhabilitation, Miscanthus x giganteus, éléments traces
métalliques
ABSTRACT
Soil is a nonrenewable resource to maintain because of its socio-economic and environmental importance. However, (bio)industrial activities can degrade soil and cause the appearance of persistent pollution brownfields. The ability of Miscanthus x giganteus to adapt to brownfield soils polluted with heavy metals (HM), while promoting the consolidation process of bioremediation of pollutants, without causing a negative impact on the environment, is studied. Soils from Lorraine region (France), very affected by past industrial activity, are used. Considering the complexity of soil-plant-microorganisms relationships, various complementary assessment tools (i.e.in vitro, mesocosm and field) are used to determine the response of each component and their interactions, and thus deduce the sustainability of the method. The culture of M. x giganteus has great potential for the rehabilitation of brownfield soils having a multimetallic pollution or mixed (+PAH) with a double benefit: phytostabilisation of HM at the root level and the production of biomass reclaimable (limited transfer of HM). The plant does not alter the characteristics of the soil involved in the mobility of HM (pH, CEC); but changes from those related to soil fertility, toxicity (liquid fraction) and the accumulation of HM by other organisms attest to the interaction of the plant with the elements that would make them more available. Plant's activity is causing associations with soil bacteria, for which the phylotypes potentially métallorésistants (Zn, Cr) seem common in soils used.
Keywords: Phytoremediation, brownfield, revitalisation, Miscanthus x giganteus, heavy metals
RESUMEN
El suelo es un recurso no renovable necesario de conservar debido a su importancia socio-económica y ambiental. Sin embargo, las actividades (bio)industriales pueden degradarlo y provocar la aparición de zonas industriales abandonadas con contaminaciones persistentes. La capacidad de adaptación de Miscanthus x giganteus a los suelos contaminados por los elementos traza metálicos (ETM), promoviendo al mismo tiempo el proceso de biorremediación de los contaminantes, sin causar un impacto negativo en el medio ambiente, es estudiada. Los terrenos de la región de Lorraine, muy afectada por la actividad industrial pasada, son utilizados. Teniendo en cuenta la complejidad de las relaciones suelo-planta-microorganismos, varios instrumentos de evaluación complementarios (i.e. en mesocosmos, in vitro y en campo) son utilizados para determinar la respuesta de cada componente y sus interacciones, y por consiguiente deducir la sostenibilidad del método. El cultivo de M. giganteus tiene gran potencial para la rehabilitación de zonas industriales abandonadas con contaminaciones multimetálicas o mixtas (+HAP), presentanto un doble beneficio: la fitoestabilización de los ETM en la raíz y la producción de biomasa recuperable (transferencia limitada de los ETM). La planta no altera las características del suelo que participan en la movilidad de los ETM (pH, CEC) pero modifica aquellos relacionados con la fertilidad del suelo, la toxicidad (fracción líquida) y la acumulación de los ETM por otros organismos, lo que revela una interacción de la planta con el medio que podría volver los elementos más disponibles. La actividad de la planta causa asociaciones con las bacterias del suelo; y los filotipos potencialmente metalloresistentes (Zn, Cr) parecieran comunes en los diferentes suelos utilizados.
Palabras clave: fitorremediación, rehabilitación, zonas industriales abandonadas, Miscanthus x giganteus,