Plantes utilisées en phytostabilisation et phytoextraction des métaux

Des études ont montré que les plantes qui tolèrent et/ou qui accumulent des concentrations élevées de métaux lourds présents dans les sols ou dans d’autres substrats (Salt et al., 1998) peuvent être utilisées pour ‘nettoyer’ ou ‘décontaminer’ les sols (Kumar et al., 1995; Raskin et Ensley, 2000; Maric et al, 2013). Plus de 400 espèces de plantes ont été répertoriées comme plantes accumulant de fortes quantités de métaux; ces plantes ont été désignées de plantes ‘hyperaccumulatrices’ de métaux (Fulekar, 2010).

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Dans la nature, on peut distinguer deux groupes d’espèces métallicoles (Remon, 2006): 1) les métallophytes strictes, que l’on retrouve uniquement sur des terrains contaminés dans une région donnée comme par exemple Viola calaminaria (Ging.) Lej., Minuartia verna (L.) et 2) les pseudométallophytes, qui regroupent les espèces présentes à la fois sur les sols contaminés et non contaminés de la même région comme par exemple Agrostis

capillaris L., Thymus pulegioides L. ou Rumex acetosa L.

En utilisant des plantes hyperaccumulatrices, on peut, en une seule culture sur des sols fortement contaminés, obtenir une réduction allant jusqu’à plus de 20 % de la fraction métallique disponible dans les sols (Morel, 2012). Les plantes qui peuvent accumuler une quantité élevée du métal cible par exemple plus de 0,1% de métal sont appelées hyperaccumulatrices (Arshad, 2009).

Toutefois, les plantes hyperaccumulatrices ont une croissance lente, un système racinaire superficiel et une faible biomasse aérienne (Hakeem et al., 2014).

Parmi les plantes hyperaccumulatrices les plus étudiées en phytoremédiation, nous retrouvons Thlaspi sp., Arabidopsis sp. et Sedum alfredi. Le genre Thlaspi est reconnu pour accumuler plus d'un type de métal lourd, par exemple, Thlaspi caerulescens pour Zn, Pb, Cd et Ni; Thlaspi goesingense pour Zn et Ni; Thlaspi ochroleucum pour Ni, Zn et Tl;

Thlaspi rotundifolium pour Zn, Pb et Ni (Huang et Cunningham, 1996; Hakeem et al.,

2014) ont trouvé une hyperaccumulation de 24000 mg de Pb/kg par Ambrosia

artemissifolia.

Des arbres à croissance rapide comme les saules (Salix) et les peupliers (Populus) et diverses espèces de plantes dont (liste non exhaustive) : le maïs (Zea mays L.), l’avoine (Avena sativa), l’orge (Hordeum vulgare), le blé (Triticum aestivum L.), le sorgho sucré (Sorghum bicolor), les moutardes (Brassica juncea, Brassica rapa, Brassica oleracea), le ray-grass (Lolium spp.), la fléole des prés (Phleum pratense), la fétuque (Festuca rubra,

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L.), la luzerne (Medicago sativa L.), le tournesol (Helianthus annuus), la laitue (Lactuca

sativa), le tabac (Nicotiana tabacum), le radis (Raphanus sativus. L.), l’épinard (Spinacia oleracea L.), le haricot (Phaseolus vulgaris), la carotte (Daucus carota), le céleri (Apium graveolens), l’oignon (Allium cepa L), la courgette (Cucurbita pepo), le chiendent

(Agropyron repens), le sida aigu (Sida acuta), le ricin commun (Ricinus communis), le pommier de Sodome (Calotropis procera), le cassier (Cassia fistula), le cresson alénois (Lepidium sativum), la bette à carde (Beta vulgaris), le sésame (Sesamum indicum L.), le haricot de guar (Cyamopsis tetragonoloba L.) le panic maximal (Panicum maximum), le panais sauvage (Pastinaca sativa), la chicorée sauvage (Cichorium intybus) et le chanvre (Cannabis sativa) ont été utilisées lors d’essais de phytoremédiation et de phytoaménagement de matériaux géologiques (sols, sédiments, résidus miniers), sites forestiers ou de sites contaminés par des déchets riches en métaux lourds (Karam et Azzaria, 1989; Cyr et Karam, 1990; Cieśliński et al., 1998; Olivier et al.,1999; Shen et al., 2002; Vassilev et al., 2002; Ciura et al., 2005; Giasson et al., 2006; Quartacci et al., 2006; Evangelou et al., 2007; Gupta et Sinha, 2007; Karam et De Coninck, 2007; Kirpichtchikova, 2009; Hedhli, 2010; Karam et al., 2010; Nduwayezu, et al., 2013; Hakeem et al., 2014; Isebrands et Richardson, 2014; Ahmad, 2015; Asztemborska et al., 2015; Karam et al., 2016b; Karam et al., 2017; Amin et al., 2018).

Un certain nombre de caractéristiques sont souhaitables chez les plantes destinées à la phytoextraction ont été rapportés: une croissance rapide, un bon facteur de translocation, une biomasse élevée, un bon taux d'assimilation, une tolérance élevée à de grandes quantités de métaux, un vaste système racinaire, une facile gestion de récolte (Hakeem et al., 2014; Ahmad, 2015).

Finalement, les plantes récoltées peuvent subir des traitements pour en extraire les métaux. La récupération des métaux peut se faire par traitements thermiques (incinération, pyrolyse) (Lu et al., 2012). Les cendres peuvent être recyclées en métallurgie ou stockées (De Coninck, 2008).

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1.6.2.2. Les saules (Salix spp.)

Les saules (Salix) sont des espèces d'arbres, d'arbustes ou d'arbrisseaux de la famille des Salicacées (Salicaceae) (Nabors, 2008). Il comprend 330 à 500 espèces environ (Grenier, 2014), réparties à travers le monde, principalement dans les zones fraîches et humides des régions tempérées et froides de l'hémisphère nord. Cunniff et al. (2015) le qualifie d’arbuste pérenne ayant un système racinaire développé, qui prend du volume avec l’âge de la plante. «Il y a cinq sous-genres différents à l'intérieur du genre Salix: Salix (S. alba),

Protitea, Longifoliae S. nigra), Chamaetia (S. acutifolia) et Vetrix (S. eriocephala, S. caprea, S. viminalis, S. purpurea, Salix miyabeana, Salix dasyclados) (Argus 1986;

Kuzovkina et Volk 2009). Le sous-genre Vetrix englobe près des deux tiers des espèces du genre et comprend principalement des arbustes et des petits arbres (Grenier, 2014)» (Sall, 2018). «Labrecque et Teodorescu (2005) ont identifié deux clones de miyabeana (SX64, SX67) considérés comme les plus productifs, peu importe les conditions climatiques. Cependant, Tahvanainen et Rytkönen (1999) ont montré que la production de Salix

viminalis (SX61) dépendait davantage des conditions climatiques que des propriétés du

sol» (Sall, 2018).

Les saules sont des plantes à croissance rapide, fréquemment utilisés dans la restauration des écosystèmes régionaux, fournissant un matériel à moindre coût pour la stabilisation et la remédiation de terrains perturbés et la phytoremédiation. Comme l’ont spécifié Mleczek et al. (2009), le Salix a la propriété de produire de la biomasse avec une grande efficacité pour le procédé de phytoremédiation (phytostabilistaion, phytoextraction, phytodégradation, rhizofiltration). Les autres utilisations des saules en matière de restauration de sites dégradés, nous retrouvons la bio-ingénierie pour contrer l’érosion hydrique et éolienne et pour favoriser la protection des berges et des structures, et la production de biomasse, tant pour le combustible que pour la fibre (Kuzovkina et Quigley, 2004; Kuzovkina et al., 2009; Lease et al., 2009).

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