Développement de l’agromine

Bref historique

Le concept de phytomine a été introduit pour la première fois par Dr. R. Chaney au début des années 1980 mais ce n’est qu’en 1990 que les premiers essais en champs ont

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été lancés aux Etats-Unis. En particulier, des expériences malheureuses de phytoextraction du plomb avec Brassica juncea (la moutarde), avec adjonction d’EDTA (acide éthylènediaminetétraacétique) se sont révélées catastrophiques [53]. En effet, le plomb complexé a migré vers la nappe phréatique et non vers la plante. Cette décennie a été l’occasion de mieux comprendre le comportement d’hyperaccumulateurs de Zn, Cd et Ni et de mettre en place les premières parcelles d’O. chalcidica dans l’Oregon à la fin du xxe siècle [53]. Cette thématique de recherche s’est alors développée en Europe avec les travaux des Professeurs Morel et Echevarria du LSE (Laboratoire Sols et Environnement, UL, INRAE, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement), sur l’agronomie d’O. chalcidica, transposés en champ, en Albanie. En 2003, l’équipe de Chaney a effectué des tests de récupération du nickel contenu dans cette plante par pyrométallurgie. Ces essais restent toutefois très peu documentés [54].

La fin des années 2000 a été l’occasion pour deux équipes françaises de développer les premières pistes de valorisation de la biomasse d’hyperaccumulateurs, avec deux approches différentes mais complémentaires par hydrométallurgie. L’équipe du Professeure M-O Simonnot du LRGP (et collaboration avec l’INRS ETE, Institut National de la Recherche Scientifique, Eau Terre Environnement, Québec, Canada) a choisi d’isoler les métaux sous forme de composés commercialisables et l’équipe du Professeure C. Grison (Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive, CNRS, Université de Montpellier), sous forme de résidus solides servant de catalyseurs pour la chimie organique. Ainsi cette équipe a proposé des protocoles de préparation de catalyseurs à base de nickel, de zinc et de manganèse ou polymétalliques [55]–[57].

En parallèle, les connaissances sur la partie agronomique de l’agromine ont également progressé notablement [58]. Aujourd’hui, les rendements peuvent atteindre près de 300 kg de nickel extrait par hectare et par an [53].

Atouts de l’agromine

Outre le fait de pouvoir concentrer (voire de séparer) les métaux de délaissés, la culture de plantes présente d’autres atouts, par rapport à des procédés chimiques classiques :

o les plantes hyperaccumulatrices absorbent du CO2 atmosphérique et leur culture peut donc entrer dans le mécanisme de la compensation carbone ; o la biomasse produite peut également servir de source d’énergie, par combustion

ou par d’autres technologies comme la méthanisation (méthane ensuite utilisé sous forme de chaleur ou d’énergie) ;

o en plus des services d’approvisionnement, la mise en place de culture sur des délaissés peut permettre de rendre d’autres services écosystémiques liés, entre autres, à la régulation des écosystèmes (comme la pollinisation, la gestion de l’eau). En particulier, la diminution de la toxicité du sol superficiel de terres

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agricoles est un véritable atout de cette opération unitaire. Elle génère économiquement de la valeur localement pour les paysans ;

o de façon plus anecdotique, tout produit provenant de plantes possède une image positive lors de la commercialisation des produits. Nous n’entrerons pas dans le détail du bien-fondé de cette image, mais elle est importante et peut permettre de gagner des parts de marché.

En revanche, cette technologie possède des inconvénients, particulièrement sur la durée nécessaire pour l’extraction (généralement une récolte annuelle). Elle n’est pas compétitive sur ce point par rapport à un procédé chimique qui va durer seulement quelques heures. Des rendements saisonniers fluctuants en fonction des aléas climatiques peuvent rendre des investisseurs hésitants. De nombreux problèmes de toxicité pour les délaissées polymétalliques ou trop fortement chargés peuvent également apparaitre. Cependant, l’agromine est globalement capable de concentrer des métaux présents à des niveaux que la métallurgie n’est pas capable d’extraire. Ainsi, les retours d’expérience tendent à montrer qu’il est plus pertinent de traiter par hydrométallurgie un délaissé contenant plus de 1 %. En deçà de ce seuil, l’agromine prend tout son sens. Des combinaisons de traitements par hydrométallurgie suivis d’agromine semblent pertinentes dans de nombreux cas.

Stratégies de l’agromine

Tout comme pour la valorisation des déchets de grande consommation (en traitant les grands gisements contenant le plus de valeur), des stratégies sont mises en place pour développer les filières d’agromine. Elles s’appuient sur des choix éclairés de délaissés, de plantes et de métaux cibles.

Les délaissés sur lesquels la culture des plantes est testée vont des milieux les plus propices aux plus difficiles, en termes de qualité agronomique (texture de sol, propriétés physiques, compositions agronomiques etc.) et de contamination métallique. Ainsi, un sol naturel sera privilégié à un substrat formulé à partir d’un déchet industriel concentré, et un milieu avec un métal dominant, par rapport à une contamination polymétallique. Les plantes sélectionnées pour l’agromine doivent permettre une extraction importante à l’hectare (souvent choisie comme référence). Cette quantité de métal extraite est liée à la concentration dans les parties aériennes et à la biomasse produite. Ainsi, une plante à forte biomasse pourra parfois être privilégiée à une espèce très fortement hyperaccumulatrice. D’autres paramètres entrent également en compte, comme le nombre de récoltes par an, et l’aptitude à être cultivée (amendements nécessaires, voies de multiplication, traitements phytosanitaires etc.).

Les choix des métaux à valoriser s’établit principalement sur la valeur économique du métal. L’observation du marché (London Metal Exchange) peut être une première

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approche mais n’est certainement pas suffisante. En effet, il faut tenir compte également des dérivés du métal en question (sels, oxydes) dont le prix varie très largement en fonction de l’application et de la pureté nécessaire. La pureté n’est pas toujours simple à appréhender car il peut s’agir d’une quantité minimale du métal à atteindre ou d’un seuil d’impuretés à ne pas dépasser. Enfin, l’histoire, la démarche derrière un produit peut grandement modifier son prix, selon les secteurs d’applications (comme dans l’industrie du luxe) sans réelle relation avec sa valeur. Ainsi des produits provenant de plante, dits « biosourcés » peuvent être plus valorisés dans la société actuelle. En 1999, Anderson et al. ont établi une liste fondée sur la quantité nécessaire de biomasse pour avoir un revenu de 500 US $ par hectare (sans prendre en compte les revenus de la combustion) (Équation 3). Très certainement perfectible et à mettre à jour (absence par exemple des terres rares), elle constitue une première bonne approche [59].

Pt > Au > Pd > Tl > Ag > Co > U > Sn > Ni > Cd > Cu > Mn > Zn > Pb (3)

L’ensemble de ces critères justifie le choix d’étudier en premier lieu le nickel, extrait de sols ultramafiques. Il s’agit de milieux naturels très largement répandus sur la planète, où les hyperaccumulateurs grandissent spontanément. De plus, le grand nombre de familles d’hyperaccumulateurs de Ni augmente les chances de trouver des espèces avec de bonnes propriétés agronomiques. Enfin, le nickel est un élément avec une certaine valeur, dont les dérivés sont utilisés dans une large gamme d’applications (de l’acier inoxydable produit en grande quantité, jusqu’au colorant pour la verrerie de luxe).

3.3 Valorisation de la biomasse d’hyperaccumulateurs