Axe Phytomanagement

Phytoremediation et Ecorestauration des Milieux Fortement Anthropisés (PEMFA)

 

S. Bourgerie, Y. Chafik, H. Hénaut, D. Morabito*, M. Sena-Velez

 

* contact : domenico.morabito@univ-orleans.fr

Objectifs et stratégie
Nous développons des stratégies de phytomanagement pour réhabiliter des sites (ancien sites miniers, sites post-industriels et terres agricoles) pollués par des activités anthropiques. Toutes ces études sont déclinées par une approche descriptive et explicative. Nous développons ces thèmes à travers plusieurs disciplines : les sciences du sol, la physiologie végétale, l'écophysiologie, la biologie moléculaire et la microbiologie. L'objectif principal de cet axe est de développer une approche intégrée de la physiologie des arbres, plus particulièrement des salicacées et des plantes cultivées, face aux variations de la disponibilité en eau et aux perturbations de la qualité des sols dues à la présence de métaux et métalloïdes.
Objectifs et buts : concevoir et étudier la faisabilité de techniques de phytostabilisation (assistée ou non), et comparer leur efficacité et leur persistance, afin de réduire la toxicité des métaux et métalloïdes du sol.
Méthodologie

1. Étudier la biodiversité initiale des plantes présentes à proximité ou sur les sites pollués (i) pour identifier les espèces végétales d'intérêt pour la phytoremédiation et (ii) pour caractériser leur réponse à l'exposition aux contaminants métalliques afin d’augmenter le nombre et la disponibilité de matériel végétal présentant des traits d'intérêt.
2. Rechercher et quantifier l'efficacité d’amendements organiques et inorganiques pour réduire la biodisponibilité in situ des contaminants métalliques et ainsi limiter l'exposition des plantes et des microorganismes associés : aider à l'installation d'une couvert végétal à base d'espèces tolérantes et rechercher les combinaisons amendements X espèces végétales donnant les meilleures performances pour réduire les sources d'exposition.
3. Étudier en mésocosmes et à partir de pilotes de terrain, l'efficacité des techniques de phytoremédiation (phytostabilisation, phytostabilisation assistée), pour réduire et absorber autant que possible la contamination métallique et proposer une solution persistante et socialement acceptable, avec de faibles coûts de mise en œuvre et de maintenance.

Figure 1 : Représentation d'un processus de phytostabilisation assistée par l'application d'un amendement afin de stabiliser un site contaminé par des éléments potentiellement toxiques (ETP) tels que des métaux et des métalloïdes.
(A) Avant amendement, le sol est fortement pollué par des ETP et dépourvu de végétation. Il est soumis à l'érosion éolienne et au lessivage par l'eau, ce qui contamine le milieu environnant. En plus de cette exposition directe à la pollution, les métaux peuvent entrer dans la chaîne alimentaire (poissons, animaux, cultures) et ainsi affecter la santé humaine.
(B) Après l'application de l'amendement (ici du biochar), les propriétés du sol sont améliorées et les ETP sont immobilisés. Cela permet l'établissement d'une couverture végétale (arbres et cultures annuelles). Cette couverture végétale réduira la lixiviation et l'érosion des contaminants, protégeant ainsi la zone environnante et donc la population (d'après Lebrun et al., 2022). 

Figure 2 : Plan expérimental établi à partir des technosols de la mine d'Abbaretz (France) montrant les différents traitements utilisant du biochar, testés dans en mésocosmes (tubes) : technosol non amendé (AB), technosol amendé avec 2% de biochar ajouté soit sur les 33 cm supérieurs du tube (AB + 1/3 BC), soit sur toute la hauteur du tube (AB + BC) (d'après Simiele et al., 2022).

Figure 3 : Photos des différentes étapes de la mise en place d'une stratégie de phytomanagement sur la parcelle expérimentale située sur l'ancien site minier de Pontgibaud (P) : (a) photo de la parcelle dans son état initial, (b) photo de la parcelle après labour du technosol, (c) photo de la parcelle expérimentale lors de l'amendement des blocs PB : P + biochar 2%, PC : P + compost 5%, PBC et PBCS : PBC + sulfate de fer 0,15% et (d) photo de la parcelle expérimentale divisée en 4 blocs avec implantation de saules (non publié).

Figure 4 : Mise en place d’une nouvelle approche de bioremédiation, associant phytostabilisation et bioaugmentation, en utilisant des consortiums microbiens tolérants aux métaux et métalloïdes et des plantes endémiques métallifères : l'inoculation microbienne a stimulé la croissance d'Agrostis et la phytostabilisation (d'après Lebrun et al. 2021).
 

Projets récents & collaborateurs

• BioFertil : Utilisation de BIOchar pour améliorer et optimiser l'apport de FERTILisants en zones vulnérables

Consortium : Axereal, Chambre Agriculture Loiret, Jacobi, LEO (Univ Orléans), Centre-Sciences
Résumé : l'agriculture en Région Centre - Val de Loire est leader au niveau français ; elle possède la plus grande surface agricole utile nationale avec près de 2 311 400 ha ce qui correspond à 60% de son territoire et à environ 25 000 exploitations. Elle est la première région céréalière de France et d'Europe, et l'économie régionale est fortement liée au secteur agricole. Toutefois cette économie est fortement tributaire des conditions environnementales et notamment climatiques mais également de la concurrence internationale. Cela implique donc d'optimiser les pratiques agricoles et réduire l'impact écologique et financier de l'utilisation de l'eau et des fertilisants. Pour cela, il est proposé d'étudier l'effet de biochars, amendements organiques issus de la pyrolyse principalement de biomasses végétales et dont l'incorporation dans les sols améliore leurs qualités biologiques et physico-chimiques. Cette association sol-biochar permettrait donc une amélioration des rendements ou tout au moins une réduction de l'utilisation de fertilisants qui ont des effets négatifs sur l'environnement et la santé quand ils se retrouvent dans les eaux gravitationnelles ou superficielles. Le biochar peut également améliorer la vie biologique des sols tout en retenant les éventuels fertilisants qu'il rendrait progressivement disponible aux cultures. Enfin la mise en place d'une filière économique liée à la production de biochar en Région Centre - Val de Loire permettrait de valoriser la production de bois locale et contribuerait indirectement à diminuer la libération de CO₂ à effet de serre par immobilisation dans les sols.
Financement : Région Centre - Val de Loire (2019-2022)

• PHC Toubkal

Consortium: Université Mohammed Ier (Univ Oujda) et Université Mohammed V (Univ Rabat), Maroc
Résumé: L'objectif général de ce projet est de définir une méthodologie pour la mise en œuvre et le suivi d'un processus de phytostabilisation assistée des polluants métalliques présents dans un technosol post-minier en utilisant du biochar, des argiles et/ou du compost et des espèces végétales endémiques aux zones d'étude et capables de fixer l'azote atmosphérique.
Financement : Campus France (2020-2023)

• REVIVIFI

Consortium: BBV (Univ Tours), ICMN (CNRS), ICOA (Univ Orléans/CNRS), IFV, LEO (Univ Orléans), EPLEFPA, Centre-Sciences
Résumé: L'utilisation de la bouillie bordelaise et de produits phytosanitaires organiques en viticulture pour lutter contre les maladies de la vigne a conduit à l'accumulation de grandes quantités de polluants dans les sols viticoles. Bien que les quantités appliquées aient diminué, les concentrations en cuivre et en résidus phytosanitaires retrouvées dans ces sols restent élevées. Il est donc nécessaire de proposer des alternatives à l'utilisation du cuivre et des produits phytosanitaires qui représentent un danger pour le vignoble, pour les organismes vivants du sol et pour nos ressources en eau. Le projet REVIVIFI vise à valoriser et utiliser les coproduits biosourcés de la viticulture (sarments, marc et pépins de raisin), transformés par pyrolyse en (i) amendements carbonés qui serviront à stabiliser le cuivre présent dans les sols viticoles et (ii) bio-huiles coproduites de la pyrolyse qui seront testées pour leurs activités antifongiques contre le mildiou. Cela permettra de diminuer l'utilisation du cuivre en viticulture et contribuera à la mise en place de pratiques agricoles durables basées sur une économie circulaire. .
Financement : Région Centre - Val de Loire (2023-2025)

 

Ph.D students :

• 2020-2024

Sayyeda Hira Hassan (Université de Molise, department of biosciences and territory, Isernia, Italie)

Titre : Organ-specific comparative analyses of heavy metal responses in Arabidopsis thaliana and hypertolerant facultative metallophyte Arabidopsis halleri

Financement : Ministère de l'Education, University and Research (MIUR), Italie

Encadrement : Pr. Gabriella Stefania Scippa (Univ Molise, Italie) – Dr. Domenico Morabito

• 2021-2024

Yassine Chafik (Université Mohammed Ier, Université d'Oujda, Maroc)

Titre : Utilisation d’amendements pour la réhabilitation par phytomanagement de sols miniers pollués par des éléments traces métalliques

Financement : Bourse d’excellence marocaine et programme Toubkal, partenariats Hubert Curien, Campus France (Thèse en cotutelle)

Encadrement : Pr. Azzouz Boukroute (Univ Oujda, Maroc) - Dr. Sabine Carpin - Dr. Domenico Morabito

• 2019-2023

Mohamad El Hajjar (Université d'Orléans - LBLGC - Lamé)

Titre : Impact des microorganismes sur le comportement des matériaux biosourcés pour une réhabilitation saine et durable des bâtiments

Financement : Région Centre - Val de Loire

Encadrement : Pr. Naïma Belayachi (Lamé) – Dr. Sylvain Bourgerie

• 2018-2021

Melissa Simiele (Université de Molise, department of biosciences and territory, Isernia, Italie)

Titre : Biological remediation of soil pollution

Financement : Ministère de l'Education, University and Research (MIUR), Italie

Encadrement : Pr. Gabriella Stefania Scippa (Univ Molise, Italie) – Dr. Domenico Morabito

• 2016-2019

Manhattan Lebrun (Université de Molise, department of biosciences and territory, Isernia, Italie)

Titre : Biogeochemical and microbiological processes involved in the rhizospheric area of Salicaceae grown on an amended technosol polluted by inorganic toxic elements: a phytostabilization study.

Financement : Ministère de l'Education, University and Research (MIUR), Italie

Encadrement : Pr. Gabriella Stefania Scippa (Univ Molise, Italie) – Dr. Sylvain Bourgerie - Dr. Domenico Morabito

 

Ibrahim Alidou Arzika (Université d'Istanbul, Botany department)

Titre : Use of biochar and Ailhantus altissima to phytoremediate Pb and As polluted soils.

Financement : Bourse Turkey Burslari

Encadrement : Pr. Gulriz Baycu (Univ Istanbul, Turquie) – Dr Domenico Morabito

 

Romain Nandillon (Université d'Orléans, CNRS-BRGM-IDDEA)

Titre : Phytostabilisation des éléments métalliques d’un technosol minier végétalisé par le genre Salix assistée par du biochar

Financement : Bourse CIFRE

Encadrement : Dr. Fabienne Battaglia-Brunet (BRGM) – Dr Domenico Morabito

• 2014-2022

Lamia Benhabyles (Université d'Orléans – Université d'Alger)

Titre : Impact de la pollution atmosphérique et édaphique sur quelques espèces spontanées. Application à la biosurveillance et la bioremédiation

Financement : poste ingénieur

Encadrement : Pr. Redda Djebbar (Univ Alger, Algérie) – Dr. Sylvain Bourgerie

 

"Premières Assises Nationales des Biochars", Rennes, 29 mars 2023

Conférence du Dr Morabito en vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=aZwis9y1JNs