Phytodégradation et rhizodégradation

Dans la phytodégradation (Fig.14, Fig.15), aussi appelée phytotransformation, les plantes absorbent et dégradent les polluants organiques dans leurs tissus ou sécrètent des enzymes liées à la dégradation dans la rhizosphère (Pilon-Smits, 2005). On la distingue de la rhizodégradation, aussi appelée phytostimulation, dans laquelle la décontamination s’opère dans le sol. Dans la rhizodégradation (Fig.15), la décontamination est effectuée dans la rhizosphère par les micro-organismes dont la croissance et l’activité sont stimulées par les plantes.

Phytodégradation

La phytodégradation est couramment utilisée afin de dégrader les polluants organiques, comme les solvants chlorés, les herbicides, les insecticides et les hydrocarbures (Vishnoi et Srivastava, 2008).

D’ailleurs, la Fig.14 illustre le mécanisme qu’est la phytodégradation des contaminants organiques.

Figure 14. Phytodégradation des contaminants organiques (ITRC,

2001)

Cette technique consiste à la dégradation des polluants organiques en des molécules moins toxiques et plus simples (ADIT, 2006). Ces mécanismes de dégradation qui opèrent se font

soit directement par le relâchement d’enzymes produites par la plante dans la rhizosphère ou sont le résultat de l’activité métabolique dans les tissus de la plante (Greipsson, 2011).

Les peupliers (Populus spp.) sont les végétaux les plus communément utilisés en phytoremédiation et plus particulièrement pour la phytodégradation. Ces arbres sont efficaces dans la décontamination puisqu’ils possèdent entre autres un haut taux de transpiration, ils tolèrent des concentrations élevées de contaminants organiques et s’établissent rapidement sur un site (Chang et autres, 2005).

Rhizodégradation

La rhizodégradation, aussi nommée phytostimulation, consiste en la dégradation des contaminants présents dans la rhizosphère par l’activité microbienne qui est favorisée par la présence des plantes (UNEP, 2002). La Fig.15 illustre le mécanisme qu’est la rhizodégradation. Les plantes peuvent modifier les propriétés physico chimiques et biologiques de la rhizosphère par la sécrétion d’exsudats par les racines et à la pénétration des racines dans le sol. Ces composés (sucres, acides aminés, acides gras, nucléotides, enzymes, etc.) qui varient selon les espèces vont avoir une influence positive sur les populations de microorganismes (Shimp et al., 1993). Ainsi, lorsqu’un site est végétalisé, on pourrait retrouver une plus grande variété, une quantité plus élevée et une activité plus importante des microorganismes, ce qui entraîne une augmentation de la biodégradation des contaminants dans le sol (EPA, 2000).

Une symbiose entre le peuplier et une bactérie (Méthylbacterium populum) permet de minéraliser des explosifs (1,2,3-trinitroperhydro-1,3,5-triazine) (Chatterjee et al.2013).

Le mûrier (Morus rubra) qui sécrète des composés phénoliques dans le sol favorise la dégradation des BPC et HAP par les bactéries (Olson et al.; 2004). La rhizodégradation peut être utilisée entre autres pour remédier à des problèmes de contamination avec des hydrocarbures pétroliers (Massicotte et al. ; 2002)

Figure 15. Mécanisme de rhizodégradation (Vila, 2006)

4.1.4 Phytovolatilisation

La phytovolatilisation (Fig.16) est définie comme suit : la plante va absorber les contaminants solubles par ces racines et les relâcher sous forme modifiée ou non par transpiration dans l’atmosphère au niveau de ces stomates (UNEP, 2002). C’est une technologie attrayante parce que les polluants sont ainsi entièrement volatilisés (sous forme de gaz), et il n’est donc pas nécessaire de récolter et de traiter les plantes utilisées. Par contre, le risque du transfert des polluants vers l’atmosphère doit être bien caractérisé avant d’entreprendre de la phytovolatilisation (Glass ,1999).

On utilise la phytovolatilisation pour les solvants chlorés (comme le trichloroéthylène, TCE), les herbicides, les insecticides, les hydrocarbures et certains métalloïdes comme le mercure, l’arsenic et le sélénium. Des composants organiques volatiles (COV) peuvent être simplement diffusés dans l’atmosphère par les plantes. Le peuplier hybride peut par exemple volatiliser et dégrader rapidement du TCE présent dans une eau polluée (Newman et al., 1997).

De plus, certaines plantes peuvent être modifiées génétiquement afin d’être en mesure d’absorber une grande quantité d’un contaminant spécifique. C’est le cas des plantes de tabac (Nicotiana tabacum) qui ont été modifiées et qui suite à ces modifications peuvent absorber une grande quantité de méthylmercure, modifier chimiquement le polluant et volatiliser le substitut dans l’atmosphère à des concentrations relativement moins toxiques (ITRC, 2009).

Figure 16. Processus de

Phytovolatilisation des contaminants

présents dans le sol et l’eau. (

Hénault-Ethier, 2016)

4.1.5 Rhizofiltration

Avec la rhizofiltration, on peut traiter des eaux usées municipales ou industrielles, le ruissellement de surface ou l’eau qui s’infiltre dans le sol en zone agricole, le lixiviat des mines et des sites d’enfouissement, ou encore la contamination de l’eau souterraine (Pilon-Smits., 2005). Les contaminants visés incluent les éléments-traces métalliques, les radionucléides, le sélénium, les nutriments, certains composés organiques comme les pesticides, ou encore le drainage minier acide (Pilon-Smits., 2005).

La rhizofiltration peut utiliser des plantes aquatiques ou des plantes terrestres, et parfois une combinaison d’espèces ayant des propriétés complémentaires (Peer et al. ,2005). Afin que les plantes sélectionnées pour ce type de technique puissent effectuer une décontamination efficace du milieu, elles doivent préférentiellement posséder une grande surface de contact au niveau de leurs racines. Ces plantes, que l’on utilise pour effectuer la rhizofiltration, sont d’abord cultivées dans des serres et leurs racines sont dans l’eau avant d’être transplantées dans le milieu contaminé (EPA, 1999). Or, lorsque les racines des plantes sont saturées en contaminant, les plantes sont récoltées et de nouvelles plantes vont être plantées afin de continuer le travail de décontamination (Gouvernement du Canada, 2008). Afin de recycler les contaminants qui se sont accumulés dans les racines des plantes, les plantes sont incinérées ou compostées (EPA, 1999). Plusieurs types de plantes autant aquatiques que terrestres peuvent être utilisés afin de

efficacité à filtrer les contaminants par leurs racines. De façon générale, les plantes aquatiques sont plus petites et possèdent un système racinaire à croissance lente comparativement aux plantes terrestres qui ont une plus grande biomasse et dont la croissance du système racinaire est plus rapide (EPA, 1999).

Les plantes terrestres sont alors favorisées pour ce type de phytoremédiation puisqu’elles sont capables d’absorber une grande quantité de contaminants dans leurs racines (Eapen et al, 2007). D’ailleurs, des études ont démontré que le tournesol (Helianthus annuus L.), en raison de ses racines, pouvait réduire la concentration de plusieurs contaminants. En effet, un étang près du désastre nucléaire survenu le 26 avril 1986 à Tchernobyl en Ukraine a été le lieu d’une décontamination par rhizofiltration. En deux semaines, une réduction de 90 % du Strontium 90 fut observée, et le mérite est octroyé à Helianthus anal (University of Hawaii, 2001).

Exemple de Rhizofiltration

Rhizofiltration: Réduction de la charge nutritive d’une eau usée prétraité à l’aide de saules à croissance rapide (Salix miyabeana ; photo 1).

Photo 1. Filtration des eaux usées épurées par des saules avant leur rejet