Sol après phytoremédiation

Durant l’expérience de phytoremédiation, les sols de trois casiers : témoin, redox et

citrate, ont été échantillonnés dans chaque compartiment végétalisé lors des deux

campagnes de prélèvements : le prélèvement intermédiaire le 30 juin 2003, au bout de

quatorze mois de phytoremédiation, et le prélèvement final le 8 septembre 2003, au bout de

seize mois de phytoremédiation. Compte tenu du nombre important de variantes de

traitement (trois casiers et trois espèces végétales), la totalité des échantillons n’a pas pu

être étudiée en détails dans le cadre de cette thèse. Ainsi, le prélèvement intermédiaire du

juin 2003 avait pour but de mesurer les teneurs en métaux dans les sols deux mois avant la

CHAPITRE II. Matériels & Méthodes

fin de la phytoremédiation dans le cadre de ce travail, et de sélectionner les casiers pour

l’étude approfondie de la spéciation des métaux dans le sol après phytoremédiation.

Rappelons que chaque variante de traitement a été réalisée dans un compartiment

d’une superficie de 4 × 1.3 m

2

en surface et de 1 × 0.3 m

2

au fond, contenant une couche de

sol de 0.5 m d’épaisseur, végétalisée avec 10 plantes soit une densité de 2 plantes par m

²

.

De manière générale, l’action de la plante sur le sol, et plus particulièrement l’influence

racinaire, diminue progressivement avec l’augmentation de la distance par rapport aux

racines. La région du sol directement soumise à l’action des racines est par définition la

rhizosphère. La géométrie de la rhizosphère est donc calquée sur celle du système racinaire

des plantes : c’est la région du sol qui entoure les racines. Toutefois, l’extension de la

rhizosphère dépend de la structure du couvert végétal, des espèces considérées, de l’âge de

la plante, du cortège microbien associé aux racines, et des actions racinaires considérées.

Les limites spatiales de la rhizosphère sont de ce fait difficiles à préciser. Sa limite interne se

situe en deçà du rhizoderme, dans la mesure où la rhizosphère s’étend à l’intérieur même

des tissus racinaires du fait des interactions entre les racines et les microorganismes. Sa

limite externe se confond insensiblement avec l’ensemble du volume de sol colonisé par les

racines des plantes, prolongées par les hyphes mycéliens associés. Pour les éléments peu

mobiles, la rhizosphère se limite au premier mm (< 1 mm) ou à quelques premiers mm de sol

situés autour des racines (Hinsinger, 1998a). Lorsque les racines forment un réseau dense,

le gradient de l’influence racinaire peut être observé dans les zones avoisinantes la

rhizosphère (Luster et al., 2008). Dans notre cas, durant seize mois de l’expérience, les

plantes utilisées ont accompli un cycle végétal annuel complet plus un été. Elles ont

développé des systèmes racinaires puissants et ramifiés (Figure II.8) explorant toute la

profondeur (0.5 m) de la couche de sol et colonisant la majorité du volume de sol dans un

compartiment. Pour tenir compte du gradient spatial d’éloignement par rapport aux racines,

des zones de prélèvements de sol ont été définies au niveau du compartiment végétalisé en

fonction des zones d’influence racinaire. L’influence racinaire est maximale dans le sol

rhizosphérique, qui est situé au contact immédiat des racines soit aux premiers millimètres

qui les entourent, et qui est en interaction directe avec les racines. Le sol

non-rhizosphérique, qui occupe le restant volume du compartiment, n’est pas en interaction

directe avec les racines, mais il peut être influencé par l’activité racinaire indirectement via

diffusion (0.1-15 mm), flux de masse (quelques cm) et action des hyphes prolongés des

champignons mycorhizes (quelques cm). Cette influence est plus prononcée dans le sol

proche des racines et s’atténue au fur et à mesure de l’éloignement des racines. Puisque

dans notre cas les systèmes racinaires des plantes utilisées forment un réseau racinaire

dense, dans un volume de sol fermé et délimité par les bordures du compartiment, le sol

non-rhizosphérique le plus éloigné des racines, dans lequel l’influence racinaire est

CHAPITRE II. Matériels & Méthodes

minimale, se situe en surface et en bordure du compartiment. Ce sol est défini comme le sol

non-rhizosphérique extrême. La région du sol intermédiaire entre le sol rhizosphérique et le

sol non-rhizosphérique extrême est définie comme le sol non-rhizosphérique moyen. Compte

tenu du volume total de sol dans un compartiment (1.8 m

3

), de l’épaisseur de la couche de

sol (0.5 m), de la densité de plantation (2 plantes/m

2

) et des caractéristiques des systèmes

racinaires obtenus (Figure II.8), dans un compartiment végétalisé, le volume du sol

englobant le sol rhizosphérique et le sol non-rhizosphérique moyen apparaît plus important

que le volume du sol non-rhizosphérique extrême.

Figure II.8. Systèmes racinaires des plantes à la fin de la phytoremédiation.

Le sol non-rhizosphérique extrême a été échantillonné de la même manière lors de

deux campagnes de prélèvements. Il a été prélevé sous forme de sol remanié, en dehors de

tout système racinaire, en surface (∼0-10 cm) et en bordure et de chaque compartiment

végétalisé. Les sols rhizosphériques ont été échantillonnés en juin 2003 en vue de mesurer

et de comparer les teneurs en métaux lourds pour différentes variantes de traitement. Pour

cela, nous avons utilisé la méthode d’échantillonnage la plus immédiate et rustique, qui

consiste à retirer une plante du sol, à la secouer de manière à faire tomber le sol faiblement

adhérent aux racines, puis à brosser le système racinaire afin de récupérer les particules du

sol qui adhèrent encore aux racines. Ce sol est considéré comme rhizosphérique par

nombre d’auteurs. L’adhésion aux racines des particules de sol résulte de l’action combinée

de divers éléments, comme la présence de poils racinaires ou d’hyphes fongiques,

l’exsudation de polysaccharides, etc. (Luster et al., 2008). Cette méthode d’échantillonnage

permet de collecter du matériel rhizosphérique pour les macro-analyses, mais elle ne permet

pas de préserver la structure de la rhizosphère. Par ailleurs, la séparation du sol

rhizosphérique du sol non-rhizosphérique avec cette méthode est approximative et définie

opérationnellement, car la texture et l’humidité du sol influencent la quantité du sol adhérent

aux racines. Tous les échantillons de sols obtenus en juin 2003 ont été lyophilisés,

homogénéisés, tamisés à 2 mm, broyés, puis analysés par ICP-MS afin de mesurer et de

comparer les teneurs en métaux lourds pour différentes variantes de traitement.

CHAPITRE II. Matériels & Méthodes

A la fin de l’expérience de phytoremédiation dans le cadre de ce travail, en

septembre 2003, les sols ont été échantillonnés en vue de mesurer les rendements de la

phytoremédiation en termes de concentration des métaux et de déterminer les changements

de la spéciation des métaux induits par la phytoremédiation. Deux zones de prélèvement ont

été définies pour chaque compartiment végétalisé : le sol en dehors du système racinaire

(sol non-rhizosphérique extrême) et le sol au niveau du système racinaire (sol

rhizosphérique + sol non-rhizosphérique moyen). Le sol non-rhizosphérique extrême a été

échantillonné de la même manière qu’en juin 2003, sous forme de sol remanié, en surface

(∼0-10 cm) et en bordure du compartiment végétalisé. Le sol au niveau du système racinaire

a été prélevé de manière à obtenir un échantillon qui préserve la structure et la composition

du sol dans l’environnement proche des racines où les effets de la plante sont les plus

visibles, et qui représente le mieux possible le sol du compartiment. Pour cela nous avons

recouru au prélèvement au milieu de la couche de sol, d’une profondeur totale de 0-50 cm,

colonisée par les racines, des blocs non-remaniés de 15 cm de hauteur, 10 cmde largeur et

de 5 cm d’épaisseur qui correspondent alors au profil à profondeur d’environ 17-32 cm de la

couche de sol. Les échantillons en blocs non-remaniés sont constitués par un ensemble des

racines, du sol situé à leur contact immédiat soit aux premiers millimètres qui les entourent

(sol rhizosphérique) et du sol non-rhizosphérique proche et moyennement éloigné des

racines (sol non-rhizosphérique moyen). Cette méthode d’échantillonnage permet de tenir

compte de la continuité physique, chimique et biologique entre les racines et le sol. Le sol

contenu dans les blocs représente le mieux le sol d’un compartiment végétalisé, tant

quantitativement que qualitativement, car il tient compte de deux régions de sol (sol

rhizosphérique et sol non-rhizosphérique moyen) majoritaires dans le volume de sol du

compartiment, et il représente le mieux possible les effets de la plante. Par ailleurs, le

prélèvement en bloc contenant un ensemble séparé du sol rhizosphérique et du sol

non-rhizosphérique permet de tenir compte des flux entre ces deux régions. En effet, le système

sol-plante est un système dynamique du fait de la croissance végétale et des flux continus

des éléments entre le sol rhizosphérique et le sol non-rhizosphérique, qui entraînent un

appauvrissement ou un enrichissement de telle ou telle région selon l’élément. Le

prélèvement du sol à un moment de temps est un prélèvement statique. L’avantage d’un

échantillon en bloc comprenant les deux régions non-séparées de sol, c’est qu’il représente

une moyenne entre les concentrations des éléments dans le sol rhizosphérique et dans le

sol non-rhizosphérique. Les blocs non-remaniés permettent de conditionner par la suite deux

types d’échantillons : les échantillons consolidés en lames minces pour les micro-analyses et

les échantillons en poudre pour les macro-analyses. Les blocs non-remaniés ont été

prélevés dans chaque compartiment des casiers à la fin de la phytoremédiation, puis

lyophilisés. Une partie des blocs a été inclue dans la résine et conditionnée en lames minces

CHAPITRE II. Matériels & Méthodes

d’une superficie de quelques cm

2

et de 30 µm d’épaisseur pour les micro-analyses de la

spéciation (µSXRF, µXRD, µEXAFS). Le sol de l’autre partie des blocs a été séparé des

racines, homogénéisé, tamisé à 2 mm, puis broyé en poudre < 50 µm dans un mortier

mécanique en agate. La poudre a été utilisée pour les analyses chimiques (AES,

ICP-MS), et conditionnée en pastilles pour les macro-analyses de la spéciation (EXAFS).

Dans le document Phytoremédiation par Jardins Filtrants d'un sol pollué par des métaux lourds : Approche de la phytoremédiation dans des casiers végétalisés par des plantes de milieux humides et étude des mécanismes de remobilisation/immobilisation du zinc et du cuivre (Page 68-72)