Phytoremédiation: principes de base et mise en oeuvre

Thomas Lambrechts

Centre d’écologie urbaine, 19 février 2013

Phytoremédiation ?

• Ensemble de techniques visant à remédier in situ des sols pollués via l’utilisation de plantes et d’amendements

• Alternatives à des techniques dites conventionnelles pouvant être couteuses et pas toujours « environmental friendly »

• Développées par de nombreuses équipes de recherche depuis de nombreuses années: énormément de progrès, connaissances, essais expérimentaux

• Ne sont que très rarement employées pour la remédiation de sols pollués

Pourquoi ces phytotechnologies ne sont pas plus couramment utilisées par les pouvoirs publics et les sociétés privées ?

Obstacles à l’utilisation des phytotechnologies

1) Complexité des termes/techniques

Conesa et al., 2012

Obstacles à l’utilisation des phytotechnologies

1) Complexité des termes/techniques

2) Peu de retours d’expériences de terrain est ce que cela fonctionne réellement?

3) Peu de protocoles/lignes directrices pour mon site, quels sont les techniques, plantes, pratiques adéquates ?

4) Difficulté de comparer le coût financier de la mise en application des techniques de phytoremédiation par rapport aux méthodes conventionnelles

Quelles sont les différentes techniques, et laquelle est adéquate pour mon site ?

1) Caractérisation du site

Types de polluants

Nombre de polluants Concentrations Localisation

Risques de dispersion

Conditions environnementales (facteurs limitants pour l’installation d’un couvert végétal ?)

Organiques (+/- dégradables): hydrocarbures totaux, HAP, PCB, BTEX, solvants chlorés, pesticides, explosifs, …

Inorganiques (persistants): éléments en trace métallique ou métaux lourds, radionucléides

Facteurs clés: temps, profondeur racinaire, tolérance à la pollution

2) Choix de la technique

ADEME, les phytotechnologies appliquées aux sites et sols pollués (2012)

Arbre de décision

NB: les phytotechnologies peuvent être combinées à des technologies conventionnelles

3) Phytostabilisation

•Utilisation d’espèces végétales et d’amendements de manière à immobiliser les polluants dans le sol et à contrôler les sources de dispersion potentielles des contaminants

Quels sites ?

Usage futur ?Pression foncière ?

Temps disponible ; valorisation d’un site désaffecté

3) Phytostabilisation

Quelles plantes ?•Tolérance aux polluants•Adaptation locale•Système racinaire important•Pérennité du couvert•Faible translocation aux parties

aériennes•Facilité d’implantation et de récolte

Espèces végétales Usages futur

Saules, peupliers Bois-énergie, aménagement paysager

Graminées & légumineuses

Compostage, gazéification, aménagement paysager, accroissement biodiversité

Miscanthus Bois-énergie, éco-matériaux

Grandes cultures (maïs, blé, tournesol

Méthanisation, gazéification, bioraffineries

Adapté de ADEME, les phytotechnologies appliquées aux sites et sols pollués (2012)

Essai Miscanthus à Tertre (SPAQuE)

3) Phytostabilisation

Quels amendements ?

compost

chaux

zéolite

Grenaille d’acier

3) Phytostabilisation

Quels itinéraires techniques / pratiques culturales ?

•Travaux d’aménagements (nivelage, …)•Préparation du sol avant

semis/transplantation•Irrigation•Fertilisation •Contrôle phytosanitaire

Très variable d’un site à l’autre, va fortement conditionner les coûts de la mise en œuvre

Parcelles expérimentales (Universidad Politécnica de Cartagena, Espagne)

3) Phytostabilisation

Mise en œuvre

•Chaque site est spécifique: il faut toujours faire des essais préliminaires pour choisir la bonne combinaison plante/amendements/pratiques culturales

•Il faut envisager un monitoring régulier– Performance de la technique– Suivi des risques de dispersion– Modification des paramètres du sol et des plantes?

•Penser à long terme (suivi phytosanitaire, …): augmente les coûts

3) Phytostabilisation

Applications

Projets DIFPOLMINE et PHYTOPERF (La Combe du Saut, France)

Réhabilitation d’un site minier pollué par de l’As, via un ensemencement d’un mélange de graminées, de légumineuses et de plantes à fleurs et un apport de grenaille d’acier

Suivi des performances sur le long terme http://extranet.groupeirhenvironnement.com/phytoperf/

3) Phytostabilisation

Applications

Réhabilitation de zones polluées par des métaux lourds via implantation de cultures de Miscanthus (projet SPAQuE avec collaboration Earth and Life Institute)

Valorisation de zones marginales

Bois-Saint-Jean Tertre Vieille-Montagne

4) Phytoextraction

•Utilisation de plantes et d’amendements visant à transférer les polluants dans les parties aériennes de manière à dépolluer un sol contaminé

Quels sites ? Contraintes de la méthode

Temps disponibleUsage futur du site ? Pression foncière ?

Le temps est un facteur très limitant pour la phytoextraction !

Niveau de contamination et hétérogénéité

Cette technique ne convient pas pour les sols fortement pollués / multi-pollués / à forte hétérogénéité

Monitoring (suivi des risques de dispersion) nécessaire tout au long du processus

4) Phytoextraction

Quelles plantes ?•Tolérance aux polluants•Adaptation locale•Biomasse aérienne et racinaire importante•Pérennité du couvert•Forte translocation aux parties aériennes•Facilité d’implantation et de récolte

1)Plantes hyperaccumulatrices (forte translocation – faible biomasse)

2)Plantes à forte production de biomasse (herbacées et arbres)

Noccaea caerulescens (source: Wikimedia commons)

Alyssum murale (source: Oregon Dept. of Agriculture)

Boutures de saule et d’aulne (source: Aricia Evlard)

4) Phytoextraction

Quelles amendements ?

Augmenter la fraction phytodisponible ?Pour le moment, aucun amendement adéquat !

Augmentation de la biomasse: engrais, …

Quelles pratiques culturales ?

Idem que phytostabilisation: aménagément du site, préparation du sol, irrigation, fertilisation, contrôle phytosanitaire

Ne pas oublier le monitoring (suivi des risques de dispersion tout au long du processus) !

Mise en œuvre / Applications ?

EDTA

5) Phyto- et Rhizodégradation

•Dépollution des sols contaminés par dégradation des polluants organiques en composés plus simples et moins toxiques via l’utilisation de plantes, d’amendements et des micro-organismes

Absorption

Dégradation

Phytotechnology Technical and Regulatory Guidance and decision trees, revised, ITRC, 2009

Phytodégradation

Rhizodégradation

5) Phyto- et Rhizodégradation

•La bioremédiation est une technique couramment utilisée pour la dégradation des hydrocarbures !

Dégradation des hycrocarbures par mise en andains (Tertre, SPAQuE)

• Inconvénients: manutention régulière et lourde, risques de dispersion (vent), aspect paysager

Peuvent être contrecarrés par l’utilisation de plantes

5) Phyto- et Rhizodégradation

Quels sites ?

Temps disponibleUsage futur du site ? Pression foncière ?

Le temps est pour cette technique nettement moins limitant !

Niveau de contamination et hétérogénéité

Limitation par: - niveau de tolérance des organismes et temps disponible - biodisponibilité des polluants - localisation de la profondeur

5) Phyto- et Rhizodégradation

Quelles plantes ?•Tolérance aux polluants•Adaptation locale•Biomasse aérienne et racinaire importante•Pérennité du couvert•Facilité d’implantation et de récolte•Effet direct ou indirect sur la dégradation des polluants

Polluants organiques Espèces préconisées

Hydrocarbures totaux, HAP, BTEX

Graminées, légumineuses, ligneux, miscanthus

PCB Graminées, légumineuses

Solvants chlorés ligneux

pesticides Graminées, légumineuses

explosifs Graminées, ligneux Adapté de ADEME, les phytotechnologies appliquées aux sites

et sols pollués (2012)

Programme MULTIPOLSITE, GISFI (France)

5) Phyto- et Rhizodégradation

Quels amendements ?

Amendements chimiques et/ou organiques: stimuler biomasse végétale et l’activité microbienneAmendements biologiques (bactéries, mycorhizes)

Quelles pratiques culturales ?

Idem que pour autres techniques: aménagement du site, préparation du sol, irrigation, fertilisation, contrôle phytosanitaire

Ne pas oublier le monitoring !

Mise en œuvre / Applications ?

Rhizodégradation des hydrocarbures (TOTAL / Haskoning / Earth and Life Institute )

Conclusions – Points clés

1) Complexité des termes/techniques Simplification des termes: 3 grands groupes de techniques

2) Peu de retours d’expériences de terrain est ce que cela fonctionne réellement? Pas mal de techniques maintenant au stade de démonstrations sur le terrain Cfr exemples dans cette présentation et chez les prochains intervenants

3) Peu de protocoles/lignes directrices pour mon site, quels sont les techniques, plantes, pratiques adéquates ? Quelques espèces végétales, pratiques, itinéraires techniques mis en avant, mais toujours en phase d’investigation/amélioration. Projets européens visant à l’élaboration de guidelines

4) Difficulté de comparer le coût financier de la mise en application des techniques de phytoremédiation par rapport aux méthodes conventionnelles Coûts difficiles à évaluer, conditionnés par la spécificité du site

Conclusions – Points clés

•Nécessité de faire des tests préliminaires avant mise en œuvre synergie entre les groupes de recherche universitaires et le secteur privé

•Nécessité d’avoir plus de retours d’expériences, et de réaliser des monitorings autre possibilité de synergie

•Intérêt de combiner les techniques de phytoremédiation avec d’autres techniques, pour pallier aux inconvénients inhérents à chaque technologie

•Ajouter une plus-value économique à la remédiation (biodiesel, bois-énergie, …): valorisation de terres marginales sans rentrer en compétition avec la production de nourriture

Merci pour votre attention !