2.1. Introduction
Les sols calcaires ont une teneur élevée en CaCO3 et un pH alcalin qui réduisent
considérablement la solubilité des métaux lourds (Rahman et al., 2011). La présence de carbonates actifs confère au sol des propriétés spécifiques telles que la capacité d'adsorber fortement le Pb et la capacité de résister aux changements du pH (Karam et Jaouich, 2009; Karam et al., 2017).
En vue d’assurer un prélèvement accéléré et accru de métaux dans le cadre du procédé de phytoremédiation des sols contaminés, les métaux toxiques doivent se trouver sous une forme "disponible" ou "labile" dans le sol. L'un des moyens utilisés pour les rendre disponibles pour la plante est d’augmenter leur solubilité par l’ajout d’un agent acidifiant ou d’un chélateur au sol cultivé (Karam et Jaouich, 2009; Fulekar, 2010; Rahman et al., 2011; Ahmad, 2015; Karam et al., 2017a,b). À ceci, s'ajoute la capacité des plantes non seulement à accumuler ces métaux dans leur biomasse aérienne, mais aussi à en fournir une production importante de biomasse aérienne (Hakeem et al., 2014; Ahmad, 2015).
De ce fait, l'utilisation : i) du soufre élémentaire (S0) devrait, durant la première phase de
croissance du saule, améliorer la croissance, le développement ainsi que le rendement en biomasse verte du saule qui joue le rôle de stabilisateur du Pb dans le sol et ii) de l’acide sulfurique (H2SO4) devrait, durant la deuxième phase de croissance du saule, faciliter la
dissolution des composés de Pb solides et la transformation du Pb résiduel en Pb labile, tout en améliorant la capacité d’accumulation du Pb dans les feuilles du saule, qui joue le rôle d’extracteur du Pb du sol.
2.2. Hypothèses
1) Les apports de S0 jusqu’à 50 g/kg, combinés à une fumure minérale complète (N, P, K) au sol calcaire fortement tamponné, pourraient:
29
ii) influencer positivement la croissance et la production de biomasse aérienne du saule,
iii) augmenter les teneurs des oligo-éléments Cu, Fe, Mn et Zn dans les feuilles du saule,
iv) n’avoir aucun effet significatif sur l’accumulation du Pb dans les feuilles du saule à court terme.
2) En dissolvant le pool calcaire, les conditions acides générées par l’apport d’une forte dose d’acide sulfurique (≥ 300 mM) aux sols cultivés (initialement traités avec du S0) après
plusieurs récoltes des feuilles conduiraient à une forte solubilisation du Pb (et d’autres métaux lourds) dans le sol, ce qui résulterait en une augmentation de la disponibilité du Pb, d’où son prélèvement et translocation dans les organes du saule. Ceci pourrait également se traduire par l’augmentation du niveau de toxicité du sol.
3) Le saule est une plante qui stabilise le Pb dans un sol calcaire, notamment en accumulant une quantité plus importante de Pb dans ses tissus racinaires que dans ses tissus aériens.
4) L’extractibilité du Pb dans un sol calcaire dépend sur les conditions acides (pH) du sol.
2.3. Objectifs du travail de recherche
2.3.1. Généralités
La croissance du saule cultivé dans les échantillons de sol est composée de deux périodes, la première qualifiée de phyto-stabilisation a duré 340 jours (total de 5 récoltes successives des feuilles) où les sols ont reçu des doses croissantes de S0 commercial [0 (S0); 6,25 g
(S1); 12,5 g (S2); 25,0 g (S3); 50,0 g (S4)] avant la plantation des boutures dans les échantillons de sol, suivie d’une deuxième période de croissance qualifiée de phyto- extraction induite de 132 jours (total de 2 récoltes successives) où les sols cultivés (S0, S1, S2, S3 et S4) ont reçu respectivement des doses de H2SO4 : i) avant la 6e récolte des
30
de l’essai) (0; 64,2; 128,4; 256,8; 513,6 mM). Tous les plants ont reçu une fertilisation minérale complète (N, P, K) avant et après chaque récolte des feuilles.
2.3.2. Objectif général
L’objectif général de ce projet de recherche et développement est d’évaluer la faisabilité de la phyto-stabilisation ou de la phyto-extraction induite du Pb dans un sol développé sur roche-mère calcaire (pH alcalin) riche en certains éléments traces métalliques.
2.3.3. Objectifs spécifiques
Les objectifs spécifiques sont les suivantes:
1) Examiner l’effet de l’ajout de quatre doses de S0 combinées à une dose de fertilisant minéral N-P-K au sol calcaire sur les paramètres de croissance des parties aériennes du saule et sur les teneurs en certains éléments nutritifs et en Pb des feuilles de la plante, jusqu’à 340 jours de croissance du saule.
2) Examiner l’effet de l’ajout de fortes doses de H2SO4 aux sols cultivés après la 5e récolte
des feuilles du saule (la durée de l’acidification est de 132 jours) sur :
i) les paramètres de croissance des parties aériennes du saule, et sur les teneurs en certains éléments nutritifs et en Pb des feuilles de la plante à la 6e récolte,
ii) les paramètres de croissance des parties aériennes et de rendements (feuilles, tiges et racines) du saule (fin de l’essai),
iii) les concentrations en certains éléments nutritifs et du Pb dans les organes végétaux à la fin de croissance du saule (fin de l’essai),
iv) les fractions labiles et potentiellement labiles du Pb dans les sols cultivés à la fin de la croissance du saule,
v) l’extractibilité du Pb dans les sols cultivés à la fin de la croissance du saule.
2.3.4. Utilisation des données de la recherche
Les résultats de cette étude sont utiles pour les propriétaires de terrains contaminés, les organismes gouvernementaux et les organismes de consultation ainsi que les spécialistes de restauration des sites dégradés.
31 2.3.5. Motivation de la recherche
La recherche sur le phytoaménagement des sols riches en plomb et en certains éléments traces métalliques, notamment en utilisant le saule, permet d’évaluer la possibilité du développement à long terme, d'un couvert végétal sur les sols contaminés tout en réduisant l'impact environnemental des sols contaminés. « Leur réhabilitation constitue un enjeu essentiel dans l’élaboration de politiques visant à assurer le développement durable du territoire » (Beaulieu, 2019). D'un point de vue financier, la phytostabilisation des métaux toxiques dans le sol calcaire est en étroite relation avec les économies potentielles sur la valorisation des sols contaminés ou des sites dégradés à des fins de production d’une biomasse à valeur ajoutée (Sall, 2018).
32