stage du M2 LI Haixiao

Master STUE

Géoenvironnements Actuels et Passés

Université Lille 1 Nord de France Année: 2011-2012

Optimisation de la Phyto-Extraction par des Extraits

Racinaires : Rôle des Acides Organiques Naturels

Auteur: LI Haixiao Tuteur: Arnaud Gauthier

Abstract

The phytoremediation, especially the phytoextraction, isregarded as an adjective

and economic method to deal with the heavy metal contamination of the soil.

However, it is far to be called an ideal measure, because of its low efficiency to

accumulate the heavy metals. As it mostly depends on the mobility of the metals in

the soil and the extraction ability of the hyperaccumulators, some researches have

showed that the root exudates may play an important role to enforce the

phytoremediation.

In this work, we will talk about the main part of the root exudates, the LMWOAs

(low molecular weight organic acids) and their effects on the phytoextraction. By

using the methods of the liberation kinetic, the sequentialextraction and the

hydroponic culture, we will see how the five chosen acids (citric acid, malic acid,

tartaric acid, oxalic acid and succinic acid) affect the mobility of the heavy metals in

the soil and the translocation process of the metals in the plants and the difference of

the effects between the heavily contaminated soil and the lightly polluted one in Evin

Malmaison, France.

Key words: phytoextraction, hyperaccumulator, LMWOAs, Phreeqc, liberation

kinetic, sequential extraction, hydroponic culture.

Sommaire

Introduction ---------------------------------------------------------------------------------------------------1

Chapitre I: Simulation avec Phreeqc---------------------------------------------------------4

Chapitre II: Libération des métaux du sol----------------------------------------------- 9

Matériaux------------------------------------------------------------------------------------------------ 9

Méthode et Résultats-------------------------------------------------------------------------------- 10

Conclusions-------------------------------------------------------------------------------------------- 12

Chapitre III: Extraction séquentielle -----------------------------------------------------16

Matériaux et Méthode-------------------------------------------------------------------------------17

Remarque----------------------------------------------------------------------------------------------- 18

Chapitre IV: Culture hydroponique ---------------------------------------------------------20

Partie I: Test uni-métallique--------------------------------------------------------------------- 20

Matériaux et Méthode-------------------------------------------------------------------------20

Résultats-------------------------------------------------------------------------------------------22

Conclusions------------------------------------------------------------------------------------------26

Partie II: Test multi-métallique--------------------------------------------------------------------27

Partie III: Résumé-------------------------------------------------------------------------------------- 28

Conclusions et Discussion----------------------------------------------------------------------- 29

Référence------------------------------------------------------------------------------------------------------ 31

Annexe

Optimisation de la Phyto-Extraction par des Extraits Racinaires: Rôle des Acides Organiques Naturels 1

Introduction

Suite au développement industriel, aux extractions minières ainsi qu’aux

utilisations des produits chimiques, des contaminations de sols par de métaux lourds

sont apparues au cours du siècle dernier et sont devenues un problème majeur pour

notre société. Ainsi en europe, plus d’une cinquantaine de régions sont polluées par

des métaux comme Zn, Pb, Cd et Cu. Ces métaux lourds peuvent contribuer aux

cycles du système eau-sol-biosphère et entrer dans le corpsvia la chaîne alimentaire,

en provoquant des problèmes de santé.

Au XIX ème siècle, la région Nord-Pas-de-calais a accueilli de nombreuses

industries du fait de la présence sur son territoire de ressources naturelles. Les

domaines d’activités de ces industries étaient axés sur l’extraction minière et le

traitement des matières premières. De ce fait, la région Nord-Pas-de-Calais apparaît

comme l’une des plus polluées de France. La pollution de cette région est

essentiellement due à ces industries qui rejettent ou ont rejeté des éléments toxiques

comme le plomb (Pb), le zinc (Zn), le cadmium (Cd) sous forme solide, liquide ou

gazeuse.

Généralement, les techniques physiques ou chimiques sont utilisées pour tenter de

traiter les zones polluées, comme le lessivage du sol, la stabilisation chimique, ou bien

encore l'électo-remédiation. Parmi toutes ces techniques, la phyto-remédiation est

considérée comme la méthode la plus économique et la moins néfaste. Cependant, les

durées extrêmement longues de dépollution en phyto-remédiation font obstacles à une

utilisation massive de cette technique (Sunget al., 2011). La phytoextraction serait

indiquée pour le traitement de sites peu ou moyennement pollués, alors que la

phytostabilisation serait indiquée pour les sites fortement contaminés. Pourtant, ces

méthodes peinent à être réellement utilisées. Les principaux freins sont (1) le manque

de connaissances de base sur les mécanismes responsables dela tolérance et de

l’hyperaccumulation des métaux et (2) le manque de données de terrain testant les

différentes espèces ou écotypes candidats et les différentes conditions de culture. De

telles recherches associant recherche fondamentale et recherche finalisée sont donc


nécessaires pour développer des procédés de phytoremédiation efficaces.

Selon les conclusions de plusieurs recherches, l'efficacité de la phyto-extraction

dépend principalement de la biodisponibilité de métaux dans le sol et des processus de

translocation dans les plantes ; les extraits racinaires, qui ont la capacité d'affecter ces

deux domaines, ont un grand potentiel pour renforcer la phyto-extraction.

Pendant leur phase de croissance, les plantes attirent les matières nutritives et

l'eau en sécrétant les extraits racinaires. Selon Mench andMartin, 1991 et Sageret al.,

2007, au cours de la culture, les concentrations en métaux lourds (Cr, Cu, Ni, Pb et Zn)

associées à des formes organiques ou des sulfures ont augmenté dans le sol de

référence. Cela serait principalement à cause des interactions entre les métaux lourds

et les excrétions des racines dans la rhizosphère. Avec les réactions de changement de

redox, d’acidification et de formation de complexes et des activités intensives

microbiologiques et biochimiques, les excrétions peuventrendre les métaux lourds

plus solubles et biodisponibles. Les composantes principales de ces extraits sont des

acides organiques et des acides aminés qui peuvent activer les éléments nutritifs via le

changement de pH de la rhizosphère ou la complexation directe avec les éléments

(Lin et al., 2003). L’objectif de ce travail de recherche a été d’étudier les potentiels de

mobilisation de cinq articles organiques simples(LMWOAs). Il s’agit des acides

citrique, oxalique, tartrique, malique et succinique dontles principales caractéristiques

sont présentées tableau 1. Selon l'article de Wanget al., 2006, à partir de

chromatogramme liquide, il est possible de trouver de grande quantités de ces acides

dans l'extrait racinaire de blé avec également la présence d’acide acétique et d’acide

malonique.


Acide Formule moléculaire Masse moléculaire k

Citrique C6H8O7 192,14 ka1=7.4×10-4, ka2=1.7×10-5, ka3=4×10-7

Oxalique H2C2O4 90,04 ka1=5.9×10-2, ka2=6.4×10-5

Malique C4H6O5 134,09 ka1=1.4×10-3, ka2=1.7×10-5

Tartrique(L) C4H6O6 150,9 ka1=1.12×10-3, ka2=5.62×10-5

Succinique C4H6O4 118,09 ka=4.75×10-3, ka2=2.19×10-6

Tableau 1: Principales caractéristiques des acides organiques utilisés.

Ces cinq acides vont réagir avec deux échantillons de sol pris à Évin Malmaison

pour voir leurs effets différentes. Évin-Malmaison est unecommune française, située

dans le département du Pas-de-Calais et la région Nord-Pas-de-Calais faisant partie de

la Communauté d'agglomération d'Hénin-Carvin. (Figure 1)

Figure 1: Localisation d'Évin-Malmaison

Dans cette commune, le fonçage débute en 1919 à proximité du Canal de la

Deûle, pour exploiter des charbons maigres. Et ces processus se sont poursuivis

jusqu'à 2001 où la décision est prise par le propriétaire de démolir complètement les

bâtiments. L’impact environnemental dû à la contaminationdes sols environnants est

extrêmement important.. Nous avons pris deux échantillonsdu sol avec différents

niveaux de pollution pour faire nos expériences.


Chapitre I: Simulation avec Phreeqc

La première partie de ce travail a consisté en des simulations de réaction entre les

différents métaux lourds (Pb, Zn et Cd) et les acides organiques choisis à l’aide du

logiciel Phreeqc.

Phreeqc (Parkhurst et Appelo, 1999) est un logiciel informatique pour calculer

des réactions hydrogéochimiques de basse température. Basé sur un modèle

d'association des ions et de l'eau, ce logiciel peut : (1) calculer la formation d’espèces

chimiques et l'indice de saturation. (2) faire la simulation d'inversion de processus

géochimique et (3) calculer les réactions par lots et la réaction de migration

unidimensionnelle. Cependant, l'application de Phreeqc plus simple est de calculer la

distribution des divers substances chimiques en solution,ainsi que la saturation des

minéraux et des gaz dans la solution.

Dans ce travail, ce logiciel va être utilisé pour le calcul deréaction entre des

acides et des cations métalliques lors des changements de pH, afin de juger des

capacités de complexation de chaque acide avec les métaux lourds. Cependant pour ce

logiciel les acides organiques doivent être re-définis dans les déclarations de

SOLUTION_MASTER_SPECIES et SOLUTION_SPECIES. Le tableau2 ci-dessous

présente les produits de complexes métalliques de chaque acide et chaque cation et

leurs constantes de dissociation associées.

Acide Oxalique (C2O42-), ka1=5.9×10-2, ka2=6.4×10-5

Cation Complexe K pK

Cd2+ CdOx 3.0×10-4 3.52

Cd(Ox)22- 4.2×10-6 5.37

Zn2+ ZnOx 1.3×10-5 4.89

Zn(Ox)22- 2.5×10-8 7.60


Acide Malique (-OOCCHOHCH2COO-), ka1=1.4×10-3, ka2=1.7×10-5


Zn2+ ZnAm 1.6×10-3 2.8

Acide Tartrique L+(-OOCCHOHCHOHCOO-), ka1=1.12×10-3, ka2=5.62×10-5


Pb2+ Pb(HAt)3- 2×10-5 4.7

Pb(OH)2At2- 8×10-15 14.1

Zn2+ ZnAt 2.56×10-2 1.59

Zn(OH)At- 2.4×10-8 7.62

Acide Citrique (C3H4OH(COO)33-), ka1=7.4×10-4, ka2=1.7×10-5, ka3=4×10-7


Cd2+ CdAc- 6×10-5 4.22

CdAcOH2- 5×10-10 9.3

Pb2+ PbAc- 1.5×10-6 5.74

Tableau 2: Complexes métalliques des acides organiques et constantes de

dissociation.

Selon ces données, nous avons défini les quatre acides (les informations

concernant l'acide succinique n'ont pu être trouvé). Avec Phreeqc, des simulations des

réactions entre chaque acide (300mmol/L) et chaque cation métallique (300 mmol L-1)

en solution ont été réalisées sous des changements de pH de 1 à14 (les ions NO3- et

Na+ sont ajoutés selon les différents pHs afin d'obtenir l'équilibre de charge de

solution). Les résultats sont présentésFigure 2.


Figure 2-1: Réactions d'acide citrique avec Pb2+ et Cd2+.

Figure 2-2: Réaction d'acide malique avec Zn2+.

Figure 2-3: Réaction d'acide oxalique avec Zn2+ et Cd2+.


Figure 2-4: Réaction d'acide tartrique avec Pb2+ et Zn2+.

Dans cette série de figures, il existe certains soucis de dépassement de données

sur la concentration des substances. Ceci peut être dû à un problème de calcul avec le

modèle de Debye–Hückel dans ce cas. Mais dans chaque simulation, les

concentrations originales des ions sont modifiées et les différences entre des

simulations sont assez faibles, donc les diagrammes peuvent représenter les

comportements réels en solution.

Il y a au plus trois courbes dans un diagramme. La courbe bleuereprésente la

concentration totale de complexes métalliques en solution. Et les courbes rose et jaune

représentent les concentrations des différents genres de complexes métalliques. Il est

dès lors possible de tirer certaines conclusions de ces données:

1. Les tendances générales nous montrent que l'ordre de capacité de

complexation serait le suivant : Citrique>Oxalique, Malique>Tartrique.

2. Selon les courbes, on peut juger que généralement le domaine optimum de pH

pour la complexation des métaux et des acides organiques estde 6 à 8. On peut

trouver quelques preuves pour nous supporter dansTomasz., 2011, qui a effectué des

tavaux sur la dissolution de mimétite (Pb5(AsO4)3). Il montre qu’en présence d'acide

comme l’acide citrique, la concentration de cation libre dePb va diminuer quand le

pH augmente de 1 à 7. Cela peut être à cause de la complexation avec l’acide citrique.

3. En considérant certains complexes métalliques, surtoutles complexes

d'hydroxyde métallique (comme Pb(OH)2At2-, Zn(OH)At- et CdAcOH2-), sont peu


solubles, le pH optimum pour la complexation favorisant la mobilisation des métaux

doit s'abaisser un peu. Par exemple, le pH de Pb-Tartrique est vers 3 et celui de

Zn-Tartrique est à 6.

A partir de ces résultats, nous pouvons en déduire que théoriquement l'acide

citrique a une capacité plus forte pour former les complexesmétalliques solubles en

possédant des quantités de réaction parmi les quatre acides. Puis généralement, le

milieu neutre ou faiblement basique va favoriser l'ionisation de ces acides pour la

complexation, sauf le cas de Pb2+ en présence d’acide tartrique qui a besoin d'un

milieu un peu acide pour former les ions hydrogénées. À la fin, l'existence des

hydroxydes métalliques peut consommer beaucoup d'acide tartrique ou citrique en

formant des complexes peu solubles.

Les résultats de cette simulation nous montrent que c'est l'acide citrique sous un

pH de 6 à 8 qui a le potentiel le plus grand pour renforcer la phyto-extraction.

Cependant cette spéculation est seulement basée sur le calcul de réaction avec des

ions libres. Le sol étant un réacteur complexe au sein duquelde nombreuses réactions

peuvent se produire il est nécessaire d'obtenir plus d'informations pour la recherche.


Chapitre II: Libération des métaux du sol

Nous avons vu précédemment les résultats de complexation des acides

organiques avec les cations de métaux libres, dans cette seconde partie, nous allons

suivre les interactions avec différents échantillons du sol.

Matériaux

Les deux genres des échantillons du sol ont été prélevés sur la Commune

d'Évin-Malmaison. Le premier échantillon vient du côté du canal de la Deûle et le

deuxième est pris à proximité de l’ancienne usine (Figure 3).

Figure 3: Points d'échantillonnage du sol. Rouge-Sol 1, Bleu-Sol 2.

Le but de prendre ces deux genres de sols différents est d'essayer de voir s'il aura

des effets différents de mobilisation avec des niveaux différents de contamination. A

partir des analyses chimiques du sol, il est possible de comparer les différences de

pollution entre les deux échantillons (Tableau 3).


Tableau 3-1: Composition chimique des sols (% pondéral d’oxyde).

Tableau 3-2: Analyse élémentaire des sols.

Tableau 3-3: Dosage d'éléments trace métalliques (en mg kg-1) des sols.

Comparé avec Sol 1, l'échantillon de Sol 2 est beaucoup plus contaminé avec des

valeurs 11 fois plus importante en cuivre, 6 fois en zinc, 1,5fois en cadmium et

presque 16 fois pour la teneur en plomb. En plus, des grands différences entre les

teneurs des métaux lourds, ces deux genres des sols possède également une grande

différence sur la teneur en fer (Sol 1: 3.97 contre Sol 2: 23.95).

Méthode et Résultats

SelonHu et al., 2011, les échantillons séchés sont broyés et criblés avec le tamis

de 0.25mm. Les solutions de cinq acides sont préparées avec le gradient de 0, 10, 20

SiO2 Al 2O3 Fe2O3 MnO MgO CaO

Sol 1 54,55 8,96 3,97 0,04 1,32 4,91

Sol 2 41,49 7,29 23,95 0,85 1,37 11,86

Na2O K2O TiO2 P2O5 PF

Sol 1 0,4 1,79 0,55 0,15 23,02

Sol 2 0,63 1,31 0,43 0,169 4,15

% N % C % H % S C/N

Sol 1 0,24 5,81 0,43 0,19 24,23

Sol 2 0,09 2,84 0,17 1,13 31,84

Ni Cu Zn Pb As Cd

Sol 1 41 81 2279 1667 13 21

Sol 2 52 898 12484 27287 26 31


et 40mmol/L pour chaque série. Puis 1g du sol et 20ml de solution sont ajoutés dans

un tube pour une agitation de 16h. Les liquides surnageants sont collectés pour

l'analyse de teneur de métaux lourds. Les résultats sont misdans la figure dessous

(Figure 3).

Figure 3: Quantités totales extraites des métaux par les acides naturelles. Ici, les

colonnes rouges représentent les valeurs de la réaction avec l'acide citrique. La

première colonne est pour l'échantillon de Sol 1, la dernière est de Sol 2. Les couleurs

suivants sont: bleu-acide oxalique, vert-acide malique, jaune-acide tartrique et

noir-succinique.

L'information le plus importante de ces diagrammes est le fait que quelque soit le

type d'échantillon et le type d'acide qui interréagissent,en fonction de l'augmentation

de concentration d'acide, la quantité de métaux extraite augmente en même temps.

Cependant, il est impossible de juger des capacités des acides seulement en se basant

sur les quantités totales extraites. Plus clairement, il est nécessaire de connaitre les


efficacités de l'élimination des métaux lourds pour chaqueacide. Comme les

concentrations les plus grandes ont les efficacités les plus grandes selonFigure 3, on

va seulement comparer les résultats qui viennent des réactions avec des acides dont la

concentration est 40mmol L-1 afin de voir les pourcentages d'élimination(Figure 4).

Figure 4: Efficacité d'élimination des métaux par les différentes acides. (sol 1 en jaune,

sol 2 en violet)

Citrique Oxalique

Sol 1 C(mmol/L) 10 20 40 10 20 40

pH 4.163-

6.046

3.633-

5.347

3.090-

3.834

3.742-

6.477

2.375-

6.088

1.566-

5.175

Sol 2 C(mmol/L) 10 20 40 10 20 40

pH 3.008-

6.260

2.662-

6.011

2.390-

5.970

2.940-

5.770

2.040-

5.592

1.510-

5.587


Table 4: Changements de pH durant les processus de libération des métaux par

des acides.

Conclusions

Acide citrique

Cet acide a une tendance à augmenter la capacité d'extraction en fonction de

l'augmentation de concentration. Pour l'extraction de Zn,Pb et Cd (Figure 3), l'acide

citrique ne présente pas une capacité assez proéminente qued'autres. Cependant, dans

le sol très pollué, cet acide a bien extrait l'arsenic, la valeur presque 3,5 fois que le

valeur de quantité totale avec le Sol 1 et l'efficacité d'élimination plus grande.

Cependant le Sol 2 est riche en fer et selon d'autres articles, l'existence de fer va

favoriser la rétention d'As. Pour expliquer ce phénomène, d'abord la mobilité d'As

Malique Tartrique

Sol 1 C(mmol/L) 10 20 40 10 20 40

pH 4.631-

6.263

3.931-

5.760

3.422-

4.673

4.395-

6.323

3.593-

6.066

2.980-

3.888

Sol 2 C(mmol/L) 10 20 40 10 20 40

pH 3.215-

6.197

2.878-

6.084

2.655-

5.944

2.971-

6.320

2.573-

6.233

2.304-

6.111

Succinique

Sol 1 C(mmol/L) 10 20 40

pH 4.971-

6.403

4.561-

6.034

4.018-

5.323

Sol 2 C(mmol/L) 10 20 40

pH 3.802-

5.158

3.485-

4.987

3.241-

5.177


dépenses de ses formes ( As(III) est plus mobile que As(V)), le fer va affecter sa

mobilité via ses effets sur le potentiel redox. Et les réactions entre l'acide citrique et

l'arsenic sont soit la complexation, soit la réaction de désorption avec les matières qui

adsorbent l'arsenic. Donc le fonctionnement de fer est plutôt négligeable. En plus,

comparant les changements de pH (Tableau 4) de 20mmol/L et 40mmol/L d'acide

citrique, on peut voir que dans le cas de 40mmol/L avec différents sol le pH se bouge

beaucoup (Sol 1: 3,090-3,834; Sol 2: 2,390-5,970), mais dans le cas de 20mmol/L les

domaines de pH se semblent (Sol 1: 3,633-5,347; Sol 2: 2,662-6,011). Puis en

considérant la conclusion de la simulation de Phreeqc il apparait que la capacité de

complexation d'acide est un peu faible au milieu acide et le phénomène que les

situations d'extraction d'arsenic avec les concentrations 20mmol/L et 40mmol/L sont

presque les mêmes, on peut estimer que le façon d'extractiond'arsenic comme un

métalloïde par l'acide citrique soit plutôt un genre de désorption au lieu de la

complexation.

Acide oxalique, malique et tartrique

Selon les résultats présenté précedemmen, ces trois acidesprésentent dans une

certaine mesure une cohérence dans leurs fonctionnements.Donc on peut faire

certaines conclusions générales en se basant sur leurs comportements. Avec

l'accroissement des concentrations, la capacité d'extraction des acides va augmenter ;

ce taux entre 20-40mmol/L est plus grand que celui observé pour des concentrations

initiales entre 10-20mmol/L (Figure 3). C'est-à-dire, dans la plage de faible

concentrations, la capacité d'extraction, surtout la complexation, de ces acides ne

change pas beaucoup. Une explication possible peut être la compétition venant

d'autres matières dans le sol, spécialement des oxydes de fer. Donc une grande partie

d'acide a réagi avec d'autres substances au lieu de complexer les métaux. On peut

trouver la preuve pour cette spéculation dans le fait que le taux d'augmentation entre

20-40mmol/L avec Sol 1 est plus grand que le sien de Sol 2 qui est riche en fer.


Puis, les données nous montrent que l'ordre de capacité d'extraction serait le

suivant : tartrique>malique>oxalique. Ce résultat est au contraire que le résultat de

simulation de Phreeqc (citrique>oxalique, malique>tartrique). Cependant, à la lecture

des données présentées dans leTableau 4, le changement de pH sous la

concentration de 40mmol/L avec Sol 1, on trouve que après la réaction de libération,

les solutions d'acides malique et tartrique restent plus acides (malique: pH=4,673;

tartrique: pH=3,888) que la solution d'acide oxalique (oxalique: pH=5,175). Ça peut

être traduit comme le fait qu'avec Sol 1, l'acide oxalique est plus consommée par la

réaction, ici plutôt avec d'autres matière. Donc, il est possible d'estimer que c'est la

réaction collatérale qui provoque la réduction de capacitéd'acide oxalique à

complexer des métaux dans Sol 1. Ainsi qu'en présence du Sol 2dans lequel tous les

trois acides sont consommés au presque même niveau (oxalique: pH=5,587; malique:

pH=5,944; tartrique: pH=6,111), la capacité de l'acide oxalique à extraire des métaux

va re-augmenter, de manière plus importante que l'acide malique. On peut faire la

conclusion que les réactions collatérales vont réduire lesquantités de complexation

d'acide-métaux. Et plus l'acide est réactif, plus de processus de réduction se

produisent. Cependant, selonLin et al., 2003 les acides peuvent aussi mobiliser les

métaux lourds en surface du sol par le fonctionnement d'échange avec H+. Donc cette

spéculation a besoin de plus d'évidence, surtout concernant le changement de quantité

de métaux échangeables dans le sol.

Ensuite, Sol 1 et Sol 2 ont une grande différence entre les teneurs de métaux

lourds. Mais quant aux quantité totale d'extraction des métaux, tous les acides ont des

valeurs peu différentes dans les deux échantillons pour chaque métal. Ainsi, on trouve

que dansFigure 4, les efficacités d'élimination dans Sol 1 sont plus importantes que

dans Sol 2 pour des métaux (Cd, Pb et Zn). Donc les acides naturels fonctionnent

mieux dans le sol moins contaminé.


Acide succinique

Cette acide est le plus particulier parmi les cinq acides. Avec le sol moins

pollué (Sol 1), sa capacité est même forte que les autres pourchaque métal ou

métalloïde. Cependant, quand avec le sol assez contaminé (Sol 2), elle fonctionne mal

même les quantités totales d'extraction sont inférieures que les valeurs dans Sol 1. En

considérant le changement de pH, les solutions de réaction avec l'acide succinique

sont un peu plus acides que les valeurs moyens qui peut montrer que l'acide

succinique est moins active dans Sol 2. Mais si c'est à raisonde l'existence de fer ou

pas, il faut plus de recherches.

Ici, on va faire le résumé de la libération de métaux lourds avec quelques

conclusions.

1. Généralement les acides sont plus efficaces dans le sol moins pollué.

2. Entre Zn et Pb, le premier métal est plus favorable aux acides naturelles. (Les

teneurs de Cd et As sont faibles pour comparer avec Zn et Pb.)

3. Le façon de l'extraction d'arsenic par l'acide citrique est plutôt un genre de

désorption. Et les autres acides peuvent poursuivre la mêmeméthode.

4. L'augmenter de concentration d'acide va favoriser l'extraction, mais l'effet

d'augmentation dans la plage de faible concentration n'estpas évident.

5. L'acide plus actif peut avoir une capacité plus faible d'extraction par la

complexation, car elle est beaucoup consommée par des réactions collatérales.

6. Pour l'acide succinique, elle fonctionne assez mal dans le sol riche en fer.


Chapitre III: Extraction séquentielle pour le sol original et le résidu

de libération

Comme on discute avant, pour l'échantillon de Sol 1 sous la concentration

d'acide à 40mmol/L, il existe le phénomène que pour la plupart d'acide, la solution

après la libération reste assez acide. Et ça peut expliqué par le fait qu'il reste encore

des acides qui ne participent pas aux réactions avec le sol. Soit le sol réagit

absolument avec l'acide, soit certaines parties de sol sontinertes à l'acide naturel.

Quand même la deuxième situation est plus possible, il faut le préciser par

l'extraction séquentielle et encore montrer quelles parties du sol sont plus sensibles aux

acides. Afin de savoir les processus, le sol original et le résidu de libération vont passer

l'extraction séquentielle. Pour faciliter cette expérience, on va considérer l'acide

citrique comme acide représentatif.

Matériaux et Méthode

Dans la première étape, deux échantillons de sol (2g de Sol 1 et 2g de Sol 2) sont

traités par la libération d'acide citrique comme le façon deChapitre II. Après la

filtration et le séchage, les résidus de libération sont gardés. Ensuite, les sols originaux

(Sol 1 et Sol 2) sont pesés à 2g afin d'effectuer des tests d'extraction séquentiel. La

méthode choisie est le façon de Tessier.A, 1979, les échantillons de sol sont divisés en

5 fractions principales: 1. Échangeable; 2. Carbonate; 3. Oxyde (Fe et Mn); 4.

Organique; 5. Résidu. Pour nous, on a seulement besoin de 4 premières fractions et les

procédés précis sont listés comme le suivant:

Fraction 1-échangeable

Une fraction 2g de sol est mis au contact 16mL d’une solution de MgCl2 de

1mol L-1 de pH=7 pendant une heure à température ambiante sous agitation continue.

Après centrifugation, le surnageant a été filtré puis acidifié avant d’être analysé.


Fraction 2-carbonate .

Le résidu de fraction 1 a été mis en contact durant 5 heures à température

ambiante avec 50mL de solution de NaOAc (1mol L-1) fixée à pH=5 par l'acide

acétique pure.

Fraction 3-oxydes de fer et de manganèse

Le résidu de fraction 2 a été traité à 96°C avec une agitation occasionnelle pendant

6h dans 40mL de solution de NH2OH.HCl de 0,04mol L-1 dans 25%(m/m) d'acide

acétique.

Fraction 4-matériaux organiques

Le résidu de fraction 3 est d'abord mis au contact durant 2 heures à 85°C avec une

solution mélangée de 6mL de HNO3 de 0,02mol L-1 et 10mL de H2O2 de 30%(m/v).

Ensuite 6ml de solution de 30%(m/v) de H2O2 ont été ajoutées ; le mélange a été

maintenu à 96°C pendant 3h.

Par la suite, 10mL de solution de NH4OAc (3,2mol L-1) dans 20% HNO3 ont été

ajoutés afin d’éviter l'adsorption des métaux dans la solution sur les oxydes.

Remarque

Suite un délai de résultats des expériences , il ne nous a pas été possible d'obtenir

les valeurs de concentration et de les présenter dans ce mémoire. Mais on peut trouver

certaines informations concernées sur cette partie et on vales lister pour discuter.

SelonHU Hao et al., 2008, après l'expérienceen colonne de lixiviation par les

acides (citrique, tartrique et oxalique). Les sols sont passés à l'extraction séquentielle

sous la méthode deTessier. Il montre que ce sont toute la fraction soluble et une partie

de la fraction échangeable et la fraction de carbonate dont les métaux lourds sont

extraits par la désorption des acides.

Aussi l'article de Huet al., 2011 montre que après la libération par l'acide citrique


à 10mmol/L, la fraction soluble par acide de Cd diminue. Et cette fraction est égale que

les fraction soluble, échangeable et de carbonate.

Ensuite dans l'article de Yuet al., 2002, il écrit que les extraits racinaires, surtout

les acides organiques, ont aussi la capacité de mobiliser les métaux lourds dans la

fraction d'oxyde de fer et aluminium.

Donc en conclusion, les acides organiques fonctionnent principalement sur la

fraction soluble, la fraction échangeable et la fraction decarbonate du sol.


Chapitre IV: Culture hydroponique

Afin de renforcer la phyto-extraction, il faut considérer au moins trois points

principaux de l'acide. Le premier est sa capacité de rendre les métaux mobiles,

principalement via la complexation. Et pour ce point, on a déjà fait les études par la

libération et l'extraction séquentielle dans les ChapitreII et III.

Puis les deux points restés sont de savoir si les complexes métalliques en présence

d'acide sont favorables pour l'absorption par les racines de plante et si ils ont aussi les

grands coefficients de translocation de la racine aux parties aériennes de plante. Et pour

ça, le expériences de culture hydroponique peut nous aider àexpliquer.

Partie I: Test Uni-métallique

Matériaux et Méthode

Plante

Les plantes qu'on prend sontThlaspi caerulescenset Arabidopsis halleri.

Thlaspi caerulescensest une plante dite "spécialiste" et extrêmophile, l'une des

rares à pourvoir survivre sur des sols "extrêmes" naturellement riches en certains

métaux (Zinc en particulier, souvent associé au cadmium quien est un contaminant et

un déchet de raffinage, et qui en terme chimique sont très proches, Zinc et Cadmium

appartenant au même groupe IIb). Selon la souche considérée, T. caerulescensest plus

ou moins tolérante et/ou accumulatrice à ces deux métaux. Enmême temps que sa

grande capacité d’accumulation,Thlaspi caerulescensest apte à tolérer divers types de

sols contaminés. Cette tolérance au zinc, au plomb et au cadmium (5 à 100 fois

supérieure à celles des autres métallophytes poussant sur les mêmes sols), lui permet de

se développer sur des sols où la concentration en métaux est toxique pour les autres

plantes, ce qui en fait un moyen de gestion de sites pollués (fixation de sols et/ou


phytoremédiation par exportation des produits de fauche).C'est pourquoi elle peut être

localement protégée par la loi, de même que - paradoxalement- certains de ses habitats

très pollués, pour sa capacité à fixer des sols pollués par lecadmium et/ou le zinc dans

ses parties aériennes.

Figure 5: Thlaspi caerulescens(gauche) etArabidopsis halleri(droit).

Arabidopsis halleri estune espèce de plantes appartenant à la famille des

Brassicacéesqui se rencontre dans toute l'Europe centrale, qui est une plante

hyperaccumulatrice et représentant de ce fait un intérêt pour la phytoextraction.

Solution

D'abord pour la culture hydroponique, il faut préparer la solution nutritive de

base. Les compositions de notre solution nutritive viennent de l'article de Yanget al.,

2011, comme le suivant:


Table 5: Compositions chimiques de lasolution nutritive de base.

Pour une plante, il faut 800ml de solution nutritive. Ensuite chaque genre de

métal lourd (Pb, Cd ou Zn) est ajouté dans la solution sous la forme de nitrate pour

former une série de différentes concentrations (0,05mmol/L, 0,15mmol/L et

0,3mmol/L).

Les acides choisis pour notre expérience sont l'acide citrique et l'acide succinique.

Il y a trois raisons pour faire ce choix. 1. Selon la simulation de Phreeqc, l'acide

citrique est plus forte à complexer les métaux et on manque les informations sur

l'acide succinique; 2. Sauf la situation avec l'arsenic, pour les métaux Pb, Cd et Zn,

l'acide citrique présente une cohérence avec les acides oxalique, malique et tartrique.

Donc l'acide citrique peut joue le rôle représentatif pour ces quatre acides; 3. Les

comportements d'acide succinique dans la partie de libération sont très différents que

les quatre autres acides, donc elle doit être considérée spécifiquement. Afin de réagir

absolument avec les métaux lourds et ne pas affecter trop la végétation des plantes, la

concentration d'acide ajoutée est fixée à 0,5mmol/L. À la fin, les plantes sont mises

dans les solutions, après un mois de végétation les masses etles concentrations de

métaux de la partie racinaire et la partie aérienne (feuille) seront analysées.

Résultats

Dans cette étape, les concentrations initiale et finale desmétaux lourds sont

analysées par la méthode d'ICP-AES. Et les parties racinaires et aériennes des plantes

sont collectées distinctement pour déterminer les masses.Après la digestion, les

KNO3 Ca(NO3)2 MgSO4 KH2PO3 FeSO4.7H2O MnSO4

1.33mmol/L 1.33mmol/L 0.5mmol/L 0.44mmol/L 50µmol/L 2.5µmol/L

NaCl CuSO4 H3BO3 Na2MoO4 CoSO4

50µmol/L 0.5µmol/L 5µmol/L 0.25µmol/L 0.9µmol/L


échantillons sont aussi analysés parICP-AES afin de déterminer les quantités des

métaux accumulés. Ensuite les données sont utilisés pour calculer l'efficacité

d'élimination au mileu et le coefficient de translocation dans la plante via les formules

suivantes:

Efficacité d'élimination

if CCE /1−= , E-efficacité d'élimination,Cf-concentration finale de métal lourd de

solution,Ci-concentration finale de métal lourd de solution.

Coefficient de translocation

ra CCT /= , T-coefficient de translocation,Ca-concentration de métal lourd dans la

partie aérienne (feuille),Cr-concentration de métal lourd dans la partie racinaire.

Les résultats de calcul sont présentés dans les Figures suivantes (Figure 6et 7).

Figure 6: Les efficacités d'élimination pour différents métaux lourds dans les

conditions avec acide citrique et acide succinique parT.caerulescenset A.halleri. Ici,


le couleur jaune représenteA.halleri et le bleu est deT.caerulescens. Les couleurs

foncés sont pour l'acide succinique et les légers sont à l'acide citrique. Par exemple, la

ligne bleue foncée est les données sous les conditions avec l'acide succinique et

T.caerulescens.

Figure 7: Les coefficients de translocation de différents métaux lourds dans

T.caerulescenset A.halleri sous les conditions avec l'acide citrique et succinique.

Comme Figure 6, les couleurs foncées sont pour l'acide succinique et les claires

corrrespondent à l'acide citrique. Les lignes vertes sont pour T.caerulescenset les

lignes rouges sont pourA.halleri.


Pb(NO3)2 1. Unité de masse: mg; 2. Unité de concentration d'acide: mmol/L

T.caerulescens Référence A.C(0.05) A.C(0.15) A.C(0.3) A.S(0.05) A.S(0.15) A.S(0.3)

Feuille masse 9872 9756 9865 9656 9886 9845 9820

Racine masse 3651 3768 3625 3763 3655 3844 3782

A.halleri Référence A.C(0.05) A.C(0.15) A.C(0.3) A.S(0.05) A.S(0.15) A.S(0.3)

Feuille masse 15269 15067 15045 14525 15112 14954 14909

Racine masse 4305 4439 4340 4413 4295 4568 4482

Zn(NO3)2 1. Unité de masse: mg; 2. Unité de concentration d'acide: mmol/L


Feuille masse 11731 11748 11258 11801 11673 11070 11715

Racine masse 3147 3179 3188 3186 3188 3217 3232


Feuille masse 12907 13019 13044 12894 12971 12924 12914

Racine masse 5418 5498 5559 5407 5527 5589 5430

Cd(NO3)2 1. Unité de masse: mg; 2. Unité de concentration d'acide: mmol/L


Feuille masse 9699 9674 9738 9719 9672 9736 9683

Racine masse 3577 3616 3588 3572 3577 3571 3545


Feuille masse 16600 16312 16243 16378 16271 16252 16383

Racine masse 4083 4568 4516 4606 4594 4522 4468

Tableau 6: Les racine masses et les feuille masses deT.caerulescenset A.halleri sous

les différentes acides aux différentes concentrations. A.C: acide citrique; A.S: acide

succinique.


Conclusion

D'abord, selon les données de masse on trouve que quand même sous les

différents genres d'acides aux différentes concentrations, les biomasses de racine et de

feuille de ces deux plantes ne bougent pas beaucoup en comparant avec le groupe de

référence. C'est-à-dire, l'ajout des métaux et des acides ne pose pas des effets négatifs

pour la croissance des plantes. En plus, dans chaque cas, comme les biomasses sont

au même niveaux, on peut comparer directement les résultatsdeFigure 6et 7 sans les

conversions avec les biomasse. Bien sûr, on a vu que les milieux de métaux lourds

sont plus favorisant pourA.halleri, qui a les biomasses plus grandes.

Selon Figure 6, quant à l'efficacité d'élimination des métaux, la plante

T.caerulescenstravaille mieux queA.halleri pour Pb et Cd. Et le métal de zinc n'a pas

une tendance spéciale. Puis si on fait la comparaison des situations d'absorption de Pb

ou Cd avec uniquement un genre de plante, on peut trouver que l'acide succinique est

plus favorisante pour l'absorption de Pb et Cd, n'importe avec quelle plante. Mais les

différences provoquées par les acides sont plus faibles queles différences provoquées

par les genres de plante.

En plus, quand on augmente la concentration de métal dans la solution,

l'efficacités d'élimination de Pb et Zn restent stables. Cependant celle relative au Cd

diminue fortement suite à l'augmentation de concentration. Ce phénomène est à cause

que la tolérance de plante à Cd est plus faible que pour Pb et Zn. Quand même, on

peut aussi trouver que sous l'aide d'acide succinique, les plantes peuvent stocker plus

de Cd que avec acide citrique. Mais l'efficacité d'élimination de Cd à 0,05mmol/L

sous l'acide citrique est aussi faible que le valeur à 0,15mmol/L sous l'acide

succinique (T.caerulescens: 74,06% contre 54,81%;A.halleri: 82,4% contre 65,43%).

Donc encore prouvé, l'effet de spéciation ou de physiologiede plante est supérieure

que l'effet d'acide.

Ensuite l'analyse sur le coefficient de translocation de métaux lourds dansFigure

7 nous donne la même information que il existe la différence entre les cas d'acide

succinique et d'acide citrique (acide succinique aide un peu plus qu'acide citrique à


transmettre les métaux vers la partie aérienne). Mais comparée avec la différence des

capacités de translocation des deux plantes, l'effet d'acide est assez faible.

Partie II: Test multi-métallique

Dans la Partie I, on a discuté les effets des acides naturelles (acide citrique et

acide succinique) sur la phyto-extraction sous la condition de métal unitaire.

Maintenant, on va voir la situation en présence de plusieursmétaux. Tous les

processus de manip peuvent suivre Partie I, sauf le changement de concentrations de

métaux dans la solution nutritive. Et pour cette partie, on prépare la solution nutritive

avec les métaux Pb, Zn et Cd aux concentrations: 0,15mmol/L Pb, 0,15mmol/L Zn et

0,02mmol/L Cd. Puis comme avant, l'efficacité d'élimination et le coefficient de

translocation sont analysés et les résultats sont mis en oeuvre dans les figures suivante

Figure 8: Coefficients de translocation de chaque métal par les plantesT.caerulescens

et A.halleri sous les conditions d'acide citrique et l'acide succinique. Les colonnes

vertes représentent la situation d'acide citrique et les oranges sont à l'acide succinique.

Si on compare les résultats deFigure 7 et 8, dans le cas de multi-métaux les

coefficients de translocation s'abaissent aux divers degrés pour des métaux. Donc on

peut estimer que dans la contamination par plusieurs métaux, les effets des acides sur

la translocation de métaux dans la plante sont plus faibles que les effets dela

contamination par un élément métallique unitaire. Peut-être dans la situation


multi-métallique, les cations métallique peuvent former des complexes métalliques

plus compliqués avec des acides naturelles. Il se peut dès lors que les molécules de

complexes possèdent un volume plus important, et que de ce fait, elles sont plus

difficilement transportables vers la partie aérienne. Mais on manque d'informations

sur ce domaine, des études supplémentaires s'avéreraient nécessaires. Cependant, il

apparait que l'acide succinique est encore a une plus grandeaction sur la translocation

que l'acide citrique.

Partie III: Résumé

À la fin, on va faire le résumé de ce manipe hydroponique.

1. L'existence des acides naturels n'affecte pas la végétation des plantes.

2. Le test uni-métallique montre que synthétiquement l'acide succinique est plus

favorisant que l'acide citrique sur l'absorption et la translocation de métaux.

3. Selon le test uni-métallique, par rapport à la différencede genre de plante, les

effets provoqués par la différence de genre d'acide sur l'absorption et la translocation

sont plus faibles.

4. Quant à la translocation de métaux dans les plantes, les acides naturels

fonctionnent de manière moins efficace sous les conditionsmulti-métalliques qu'en

présence d'un métal unitaire. Ceci est peut être dû à la formation des complexes

métalliques plus importants.


Conclusion

Via les étapes de la simulation de Phreeqc, la libération desmétaux, l'extraction

séquentielle et la culture hydroponique, on trouve que pourles cations métalliques les

acides naturelles ont les capacités fortes de complexationaux milieux neutres ou

acides/basiques faibles (pH: 6-8). Et l'ordre de capacité générale de complexation est:

Citrique>Oxalique, Malique>Tartrique. Pour l'acide succinique, on ne réussit pas de

faire la simulation.

Quant à la réaction avec le sol, l'augmentation de concentration d'acide peut

favoriser l'extraction des métaux. MaisLin et al., 2003 montre que sauf la

complexation, les acides citrique et oxalique peuvent aussi mobiliser les métaux (Cd

et Pb) en surface de sol par l'échange avec H+. Cependant ce fonctionnement dans le

sol qui a généralement le pH autour 7 est assez faible, mais dans notre libération il

n'est pas négligeable. Quand si il n'y a pas beaucoup de métaux liés en surface, c'est

pourquoi les acides plus actives peuvent avoir un effet d'extraction plus faible surtout

avec Sol 1, car elles sont plus consommées par les réactions collatérales avec d'autres

substances dans le sol. En plus, dans Jianget al., 2003, il écrit que les acides de

l'extrait racinaire ont les mêmes processus de changement des ions pour mobiliser Fe.

Et ça peut bien expliquer le comportement d'acide succinique dans la libération. Mais

pour le fait que l'acide citrique fonctionne mieux dans Sol 2, on trouve aucune

information.

Selon l'extraction séquentielle les métaux lourds qui peuvent être extraits sont

liés plutôt aux fractions soluble, échangeable et de carbonate. Une petite partie

d'oxyde de Fe et Al est aussi réactive avec les acides (Yuet al., 2002).

Ensuite, avec les plantes, les effets provoqués par les différences entre les acides

sont presque négligeables comparés avec les différences venants de physiologie de

plante. Cependant au milieu de contamination multi-métallique, les acides organiques

vont s'abaisser sa capacité pour la translocation des métaux dans la plante. Mais la

raison pour ce phénomène n'est pas encore trouvé. Quant à la compétition entre les


différents métaux, quand même on n'a pas réussi d'obtenir les données correctes, mais

Lin et al., 2003 montre que l'existence de Cd peut diminuer l'extraction de Pb par des

acides avec la manipe de libération. Cependant il ne parle pas de la relation entre Zn

et d'autres métaux. À la fin, on fait la manipe sans les groupes référentiels pour la

culture hydroponique, parce que les cations métalliques libres sont très favorisants

pour l'absorption. Mais selon Zhanget al., 2009 sur la recherche d'acide, sa capacité

d'augmenter le coefficient de translocation n'est pas trèsévidente par rapport aux

chélateurs comme EDTA ou EDDS.

Donc on peut faire une conclusion synthétique que les effetsdes acides à enforcir

la phyto-extraction sont plutôt la mobilisation des métauxlourds dans le sol par

rapport à leurs effets en plante. Parmi les cinq acides qu'ona choisies, l'acide citrique

est représentative (pour acides malique, oxalique et tartrique) avec des comportements

réguliers: 1> l'acide naturel fonctionne mieux dans le sol moins pollué que le sol plus

contaminé; 2> l'augmentation de concentration favorise l'extraction des métaux lourds;

3> il existe les compétitions entre des métaux lourds durantles processus de

complexation et Pb peut être un peu inférieur. Mais l'acide succinique fonctionne bien

dans le sol moins pollué et peut-être a les caractères intéressants: 1> réaction avec Fe;

2> plus de possibilité de renforcer la translocation.

Et sur les effets au domaine de plante, il faut plus de recherches. Par exemple, la

confirmation des formes de complexe métalliques dans le système racinaire et aussi la

toxicité des acides. Bien sûr, dans le futur, des tests de culture en pot seront

nécessaires afin de clarifier les processus sous des conditions plus naturelles.


Référence

Degryse.F, Smolders.E, Merckx.R, 2006. Labile Cd complexes increase Cd

availability to plants. Environmental Science & Technology, 40; 830-836.

D.L.Parkhurst, C.A.J.Appelo, 1999. USER'S GUIDE TO PHREEQC (VERSION 2)

— A COMPUTER PROGRAM FOR SPECIATION, BATCH-REACTION,

ONE-DIMENSIONAL TRANSPORT, AND INVERSE GEOCHEMICAL

CALCULATIONS. U.S. DEPARTMENT OF THE INTERIOR, U.S. GEOLOGICAL

SURVEY

Kirkham.M.B, 2006. Cadmium in plants on polluted soils: Effects of soil factors,

hyperaccumulation, and amendments. Geoderma, 137; 19–32.

Hu Hao, Pan Jie, Zeng Qingru, Ma Yunlong, Liu Xiaoyan, 2008. The Effects of Soil

Leaching with Low Molecular Weight Organic Acids on Pb, Cd, Cu ans Zn. Journal

of Agro-Environment Science, 27; 1611-1616.

Hu Qunqun, Li Zhian, Huang Hongxing, Hou Meifang, Zhang Jianxia, Duan Jun,

2011. Study on the mechanism of the desorption of the cadmiumin the soil promoted

by the citric acid. Ecology and Environment Sciences, 20; 1338-1342.

Jiang Liying, Yang Xiaoe, Shi Weiyong, Ye Zhengqian, 2003. Study on the activation

mechanism of the heavy metal in the soil for the phytoremediation technology.

Chinese Journal of Soil Science, 34; 154-157.

Lin Qi, Chen Yingxu, Chen Huaiman, Zheng Chunrong, 2003. Study on chemical

behavior of root exudates with heavy metals. Plant Nutrition and Ferrtiliser Science, 9;

425-431.

Mench.M, Mand.M, Martin.E, 1991. Mobilization of cadmium and other metal from

two soils by root exudates of Zea mays., Nicotiana tobacum L.and Nicotiana L. Plant

and Soil, 132; 187-196.

Sung.M, Lee.C.Y, Lee.S.Z, 2011. Combined mild soil washingand compost-assisted

phytoremediation in treatment of silt loams contaminated with copper, nickel, and

chromium. Journal of Hazardous Materials, 190; 744–754.


Tessier.A, Campbell.P.G.C, and Bisson.M, 1979. Sequential Extraction Procedure for

the Speciation of Particulate Trace Metals. Analytical Chemistry, 51, 7..

Tomasz Bajda, 2011. Dissolution of mimetite Pb5(AsO4)3Cl in low-molecular-weight

organic acids and EDTA. Chemosphere, 83; 1403-1508.

Wang Ping, Zhou Rong, 2006. Determination of Organic Acids Exuded from Plant

Roots by High Performance Liquid Chromatography. Chinese Journal of

Chromatography, 24; 239-242.

Yang Renbin, Zeng Qingru, Zhou Xihong, Tie Boqing, Liu Shengyang, 2000. The

Activated Impact of Plant Root Exudates on Heavy Metals in Soils Contaminated by

Tailing of Lead-Zinc Ore. Agro-environment Protection, 19; 152-155.

Yang Rui, Yu Xinpan, Guan Xuelian, 2011. Selection of Hydroponic Culture Solution

for Five Foliage Plants. Journal of Beijing University of Agriculture, 26; 46-49.

Yu Jian, Yu Yuanchun, Fang Li, Shu Honglan, 2005. Effects of low molecular weight

organic acids on the pH and the form of aluminium of forest soils. Journal of Fujian

College of Forestry, 25; 243-246.

Zhang Yuxiu, Huang Zhibo, Chai Tuanyao, 2009. Research on the mechanism and the

application of the chelating agents in strengthing the phytoremediation of the soil

contaminated by the heavy metals. Progress in Nature Science, 19; 1149-1158.

Zhang Yuxiu, Huang Zhibo, Chai Tuanyao, 2009. Meganisme of the phytoremediation

for the heavy metal pollution strengthened by the chelatingagents. Progress in nature

science, 11; 1149-1158.

Zhongqiu Zhao, Meizhu Xi, Guangyu Jiang, Xiaona Liu, Zhongke Bai, Yizong Huang,

2010. Effects of IDSA, EDDS and EDTA on heavy metals accumulation in

hydroponically grown maize (Zea mays, L.). Journal of Hazardous Materials, 181;

455-459.


Annexe

Acide Citrique Acide Oxalique Acide Malique

Ref Zn Pb As Cd Zn Pb As Cd Zn Pb As Cd

Sol 1 10-1 123,14 87,63 6,51 12,65 102,65 95,75 8,65 16,32 154,84 125,62 7,95 19,74

Sol 1 10-2 125,62 87,25 6,72 12,47 103,42 96,48 8,47 15,42 156,62 124,75 7,15 19,01

Sol 1 10-3 122,35 88,06 6,64 13,01 102,87 95,98 8,61 16,03 154,8 126,49 8,06 20,65

Sol 1 20-1 201,36 124,26 8,49 24,14 187,42 132,54 12,48 25,84 284,45 284,63 10,65 45,84

Sol 1 20-2 203,25 125,32 8,63 24,63 188,03 132,68 12,3 25,46 286,84 285,71 10,32 42,95

Sol 1 20-3 202,14 124,84 8,23 24,27 187,94 133,04 13,41 25,41 285,95 283,95 10,87 44,17

Sol 1 40-1 415,47 265,63 18,23 64,05 368,12 287,56 21,68 62,48 406,62 385,65 19,48 71,06

Sol 1 40-2 412,36 264,35 18,67 64,57 367,95 288,41 22,06 62,32 407,85 384,15 16,45 72,65

Sol 1 40-3 413,42 266,42 18,42 64,23 368,14 287,13 21,74 63,15 405,75 386,12 19,85 72,31

Sol 2 10-1 251,63 75,63 13,57 14,87 197,36 83,45 10,23 21,42 125,68 96,48 8,62 17,43

Sol 2 10-2 252,07 74,96 14,01 15,06 197,25 83,12 10,15 20,75 131,45 97,52 8,53 18,06

Sol 2 10-3 251,75 75,03 13,84 15,12 198,12 84,06 10,41 21,06 128,95 96,15 8,75 17,84

Sol 2 20-1 365,14 134,75 38,15 32,45 298,13 157,26 26,01 34,15 267,32 267,02 17,62 30,62

Sol 2 20-2 362,25 134,62 38,23 32,26 301,42 157,23 25,48 34,02 265,95 267,85 17,82 30,18

Sol 2 20-3 364,58 135,03 38,1 32,14 299,75 157,04 25,63 34,62 266,45 268,41 16,48 29,75

Sol 2 40-1 421,13 241,26 72,54 84,65 415,32 276,32 42,63 71,26 398,42 315,45 36,12 46,32

Sol 2 40-2 423,12 243,75 72,63 84,23 412,75 277,45 42,01 71,02 398,62 316,52 36,85 46,81

Sol 2 40-3 425,63 242,15 72,13 84,41 413,75 271,85 42,45 72,65 397,75 314,86 37,02 47,09


Acide Tartrique Acide Succinique

Ref Zn Pb As Cd Zn Pb As Cd

Sol 1 10-1 265,48 126,75 12,45 26,74 197,62 115,42 16,95 32,65

Sol 1 10-2 263,84 125,41 12,36 26,01 198,26 114,15 17,06 32,41

Sol 1 10-3 264,74 126,03 13,52 27,16 197,32 115,21 16,85 33,06

Sol 1 20-1 305,48 254,62 26,74 45,85 243,24 354,86 26,75 48,16

Sol 1 20-2 306,16 253,85 26,33 43,95 244,01 353,74 26,15 47,96

Sol 1 20-3 305,95 254,02 25,95 44,75 243,96 352,16 27,62 48,12

Sol 1 40-1 587,26 432,62 34,85 68,32 401,63 587,36 59,41 76,32

Sol 1 40-2 588,06 431,52 34,75 67,45 402,41 584,26 60,21 77,48

Sol 1 40-3 587,95 432,95 33,95 68,02 402,06 587,12 59,75 76,95

Sol 2 10-1 247,63 96,62 10,62 19,48 112,85 86,48 10,62 12,65

Sol 2 10-2 244,85 94,58 10,42 19,62 110,96 87,49 10,45 12,05

Sol 2 10-3 245,06 95,38 9,98 20,03 111,48 88,2 11,84 13,07

Sol 2 20-1 341,56 187,62 16,42 35,84 167,35 123,86 19,74 24,75

Sol 2 20-2 342,06 185,42 15,98 36,12 168,06 124,05 20,16 24,06

Sol 2 20-3 341,75 186,75 16,38 35,95 167,42 124,62 19,48 24,62

Sol 2 40-1 502,45 297,64 32,45 72,04 324,85 267,16 34,75 36,75

Sol 2 40-2 502,36 295,48 32,05 72,62 324,56 267,53 34,06 36,26

Sol 2 40-3 503,84 297,85 33,62 71,98 324,76 268,07 35,04 36,48

Tableau 7: Concentrations des métaux lourds (en mg L-1) dans les solutions de libération avec cinq genres d'acideschoisis.


Volume initial de solution nutritive: 800mL; Volume final:520ml

Pb(NO3) Replicat 1

Thlaspi caerulescens S0 S1-1-A S1-2-A S1-3-A S1-1-B S1-2-B S1-3-B

[] initiale mg L-1 0,168 16,567 49,787 99,468 16,563 49,682 99,364

Feuille masse (mg) 9839,45 9693,15 9956,43 9583,56 9938,2510029,31 9714,42

Feuille concentration (mg kg-1) 4,065 666,759 2455,901 5598,545 614,595 2485,814 5513,762

Racine masse (mg) 3575,37 3749,24 3647,51 3719,35 3629,45 3846,42 3814,54

racine concentration (mg kg-1) 0,279 335,267 314,186 414,857 401,162 297,679 309,604

Solution concentration (mg L-1) 0,006 6,767 17,655 30,041 7,023 16,945 29,663

Replicat 1

Arabidopsis Halleri S0 S1-1-A S1-2-A S1-3-A S1-1-B S1-2-B S1-3-B

[] initiale mg L-1 0,142 16,562 49,682 99,362 16,561 49,681 99,363

Feuille masse (mg) 14162,53 14537,16 13849,64 13865,82 13574,43 14062,57 13984,26

Feuille concentration (mg/kg) 2,118 487,096 1705,892 3712,582 668,242 1952,772 4088,239

Racine masse (mg) 5765,26 5821,16 5726,73 5801,41 5626,26 6014,15 5817,82

racine concentration (mg/kg) 0,521 282,933 456,631 795,668 447,366 769,186 887,446


Replicat 2


[] initiale mg L-1 0,15898 16,5605 49,6815 99,363 16,5605 49,6815 99,363

Feuille masse (mg) 9846,75 9739,35 9825,43 9747,27 9829,62 9757,62 9874,45


Racine masse (mg) 3624,85 3749,24 3647,51 3719,35 3629,45 3846,42 3814,54


Solution concentration (mg L-1 ) 0,005 6,563 17,477 27,941 6,69 16,646 29,788

Replicat 2


[] initiale mg L-1 0,125 16,563 49,683 99,363 16,561 49,683 99,363

Feuille masse (mg) 15919,4 15737,52 16018,46 14782,5 16135,5 15982,57 15726,72


Racine masse (mg) 3575,37 3749,24 3647,51 3719,35 3629,45 3846,42 3814,54



Replicat 3


[] initiale mg L-1 0,142 16,562 49,683 99,361 16,561 49,683 99,363

Feuille masse (mg) 9931,34 9835,52 9815,92 9637,41 9891,35 9748,32 9872,48


Racine masse (mg) 3754,46 3805,71 3582,82 3851,02 3707,61 3841,51 3718,51




Replicat 3


[] initiale mg L-1 0,092 16,56 49,681 99,362 16,56 49,681 99,361

Feuille masse (mg) 15726,2 14927,52 15267,25 14927,5 15627,8 14817,52 15018,46


Racine masse (mg) 3575,37 3749,24 3647,51 3719,35 3629,45 3846,42 3814,54



Zn(NO3) Replicat 1


[] initiale mg L-1 0,22 9,47 28,41 56,82 9,47 28,41 56,84

Feuille masse (mg) 10385,3 10653,36 10134,51 10346,1 9815,46 9804,26 10361,73


Racine masse (mg) 3156,51 3245,72 3351,62 3198,51 3217,52 3278,41 3246,75



Replicat 1


[] initiale mg L-1 0,212 9,47 28,41 56,82 9,47 28,41 56,82

Feuille masse (mg) 12984,4 13128,42 12946,76 13043,5 12746,6 13026,83 12785,64


Racine masse (mg) 5392,53 5487,46 5382,62 5421,73 5597,35 5872,46 5382,42



Replicat 2


[] initiale mg L-1 0,175 9,47 28,41 56,82 9,47 28,41 56,82

Feuille masse (mg) 12834,5 11857,42 12067,67 13014,5 12846,7 11563,46 12847,36


Racine masse (mg) 3241,46 3098,45 3137,53 3205,46 3142,46 3187,67 3275,72



Replicat 2


[] initiale mg L-1 0,178 9,47 28,41 56,82 9,47 28,41 56,82

Feuille masse (mg) 12725,5 13082,14 12992,57 12745,6 13115,7 12957,91 13005,64


Racine masse (mg) 5579,13 5481,42 5913,5 5374,41 5481,56 5416,64 5389,61

racine concentration (mg/kg) 0,86 144,123 432,907 641,932114,931 529,848 680,939



Replicat 3


[] initiale mg L-1 0,195 9,47 28,41 56,82 9,47 28,41 56,82

Feuille masse (mg) 11973,4 12735,57 11573,53 12043,2 12358,7 11843,56 11938,78


Racine masse (mg) 3043,53 3194,57 3076,74 3156,65 3205,64 3187,56 3174,83



Replicat 3


[] initiale mg L-1 0,192 9,47 28,41 56,82 9,47 28,41 56,82

Feuille masse (mg) 13013,5 12846,68 13194,35 12894,7 13052,8 12789,31 12952,67


Racine masse (mg) 5284,56 5526,27 5382,54 5425,53 5502,26 5478,83 5519,52



Cd(NO3) Replicat 1


[] initiale mg L-1 0,076 11,821 35,463 70,926 11,821 35,463 70,926

Feuille masse (mg) 9684,4 9589,25 9725,22 9619,35 9701,42 9678,21 9577,45


Racine masse (mg) 3452,5 3565,78 3521,543 3497,62 3518,53 3501,18 3497,34



Replicat 1


[] initiale mg L-1 0,08611 11,821 35,463 70,926 11,821 35,463 70,926

Feuille masse (mg) 16419 16587,31 15982,25 16327,2 16419,42 15998,26 16234,64


Racine masse (mg) 4308,3 4714,54 4628,75 4801,15 4752,26 4674,85 4493,43



Replicat 2


[] initiale mg L-1 0,082 11,821 35,463 70,926 11,821 35,463 70,926

Feuille masse (mg) 9725,11 9689,32 9784,65 9713,52 9677,589823,41 9688,21


Racine masse (mg) 3624,8 3582,52 3564,62 3489,51 3502,64 3513,51 3494,76




Replicat 2


[] initiale mg L-1 0,0695 11,821 35,463 70,926 11,821 35,463 70,926

Feuille masse (mg) 16847 15992,54 16423,64 16825,42 16149,43 15925,64 16431,45


Racine masse (mg) 4367,7 4598,54 4532,43 4603,54 4537,65 4505,64 4523,54



Replicat 3


[] initiale mg L-1 0,076 11,821 35,463 70,926 11,821 35,463 70,926

Feuille masse (mg) 9689,5 9745,26 9705,77 9824,41 9639,52 9706,64 9785,61


Racine masse (mg) 3654,4 3701,54 3678,42 3731,35 3712,54 3698,65 3643,76



Replicat 3


[] initiale mg L-1 0,089 11,821 35,463 70,926 11,821 35,463 70,926

Feuille masse (mg) 16533 16357,63 16325,67 15983,36 16245,53 16832,54 16483,57


Racine masse (mg) 3575,3 4392,94 4387,54 4414,654 4492,14 4387,45 4389,54



Tableau 8: Résultats de culture hydroponique sous en présence d’un seul métal. A:

acide citrique; B: acide succinique.

Volume initial de solution nutritive: 800mL; Volume final:520ml

Replicat 1

Thlaspi caerulescens S0 S4-A S4-B

Pb(NO3)2 Zn(NO3)2 Cd(NO3)2 Pb(NO3)2 Zn(NO3)2 Cd(NO3)2 Pb(NO3)2 Zn(NO3)2 Cd(NO3)2

[] initiale µmol /L 0,22 0,34 0,11 150,76 150,53 20,15 150,35150,54 20,19

Feuille masse (mg) 7843,25 7719,54 7831,43 7767,85 7833,437854,75 7794,41 7805,36 7843,54

Feuille concentration (mg/kg) 1,02 1,27 0,71 865,1 672,75 109,48 596,58 800,73 168,29

Racine masse (mg) 3193,35 3175,64 3205,67 3198,46 3211,83 3178,47 3205,31 3143,75 3206,16

racine concentration (mg/kg) 0,15 0,06 0,09 765,99 420,32 245,4 454,24 356,26 107,61

Solution concentration (mg/l) 0,036 0,011 0,006 30,346 2,173 0,279 35,827 0,808 0,177


Replicat 2

Thlaspi caerulescens S0 S4-A S4-B


[] initiale µmol /L 0,17 0,27 0,1 150,61 150,78 20,12 150,43 150,52 20,16

Feuille masse (mg) 7864,57 7836,81 7789,45 7803,51 7843,567795,38 7783,47 7812,39 7828,61


Racine masse (mg) 3136,75 3184,37 3196,43 3203,37 3211,73 3156,12 3201,46 3189,54 3194,58



Replicat 1

Arabidopsis halleri S0 S4-A S4-B


[] initiale µmol /L 0,21 0,25 0,12 150,34 150,46 20,18 150,72150,64 20,14

Feuille masse (mg) 12874,5 12756,3 12814,3 11987,6 12084,612173,4 11985,6 12103,4 12178,5

Feuille concentration (mg/kg) 0,53 0,78 0,57 653,17 517,18110,07 448,87 589,91 116,6

Racine masse (mg) 4274,78 4309,35 4287,45 4295,63 4319,46 4289,35 4276,56 4301,85 4278,49



Replicat 2

Arabidopsis halleri S0 S4-A S4-B


[] initiale µmol /L 0,19 0,23 0,14 150,47 150,35 20,22 150,62150,47 20,23

Feuille masse (mg) 12464,3 12693,1 13005,6 12878,3 13092,512784,6 12678,5 12589,8 13011,5


Racine masse (mg) 4183,52 4237,46 4216,74 4189,85 4211,54 4189,77 4191,48 4201,54 4211,73



Tableau 9: Résultats de culture hydroponique en présence de plusieurs cations. A:

acide citrique; B: acide succinique.

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