Tolérance et accumulation des éléments traces métalliques chez Miscanthus x giganteus : phytoremédiation et valorisation de la biomasse

Details

Supervisors

Lutts, Stanley

Faculty

Faculté des sciences

Degree label

Master [120] en biologie des organismes et écologie, à finalité approfondie

Abstract

A la fin du XIXeme siècle, le secteur industriel s’est développé sans préoccupation des rejets d’éléments toxiques dans les sols. En effet, le sol a été longtemps considéré comme une ressource renouvelable, voire même inépuisable, capable de recevoir sans conséquence les rejets de nos activités. On sait maintenant que les sols sont caractérisés par un équilibre fragile et sont vulnérables. Parmi les polluants générés par les activités industrielles, on retrouve les éléments traces métalliques (ETM) dans les sols qui peuvent contaminer tous les niveaux de la chaîne alimentaire et augmenter les risques pour la santé humaine et le maintien des écosystèmes. De nombreuses techniques de dépollution ont depuis été développées comprenant des traitements physiques, chimiques et biologiques. Cependant, ces dernières souffrent de nombreuses limitations. Ces dernières années, une méthode de gestion plus douce et plus raisonnée de l’environnement a vu le jour : la phytoremédiation. Celle-ci consiste en l’utilisation de plantes pour extraire, dégrader ou immobiliser un contaminant. Bien qu’elles soient plus lentes, ces méthodes biologiques s’avèrent moins coûteuses et plus respectueuses de l’environnement que les autres procédés conventionnels. Le Miscanthus x giganteus, s’avère être une culture prometteuse pour allier restauration écologique des terres contaminées et production de biomasse énergétique. Dans le contexte des récentes crises énergétiques, la recherche de solutions énergétiques plus durables s'intensifie et le Miscanthus pourrait être une bonne alternative dans ce domaine. Ce mémoire s’inscrit dans cette dynamique en cherchant à comprendre comment les ETM influencent la croissance et la physiologie du Miscanthus x giganteus lorsqu'il est cultivé sur des sols contaminés. Il vise aussi à vérifier dans quelle mesure les métaux lourds sont absorbés et accumulés dans les parties aériennes de la plante, en évaluant les risques de contamination de la biomasse dans le cadre d’une utilisation énergétique potentielle. Les résultats obtenus montrent que la présence d’ETM dans le sol affecte de manière significative le développement du Miscanthus, en perturbant principalement l'absorption des nutriments essentiels. Cela entraîne des carences provoquant des phénomènes de chloroses et une activation du système antioxydant pour lutter contre le stress que ces plantes subissent, ce qui se traduit également par des altérations morphologiques. La translocation des métaux vers les tiges et les feuilles reste limitée, ce qui fait du Miscanthus une culture prometteuse pour la revalorisation des terrains contaminés. La culture de Miscanthus sur des terrains impropres à toute autre forme d'agriculture, permettrait ainsi de revaloriser ces sols tout en les assainissant grâce à un processus de phytostabilisation. Les métaux lourds sont immobilisés dans le sol, réduisant ainsi leur mobilité et leur impact environnemental. Cette double fonctionnalité du Miscanthus offre une solution viable pour la gestion durable des sols contaminés tout en générant de la biomasse exploitable. At the end of the 19th century, the industrial sector developed without concern for the release of toxic elements into the soil. Indeed, soil was long considered a renewable, even inexhaustible resource, capable of receiving the waste from our activities without consequence. We now know that soils are characterized by a fragile balance and are vulnerable. Among the pollutants generated by industrial activities, trace metal elements (ETM) in soils can contaminate all levels of the food chain, increasing risks to human health and ecosystem stability. Numerous remediation techniques have since been developed, including physical, chemical, and biological treatments. However, these techniques suffer from numerous limitations. In recent years, a more gentle and considered method of environmental management has emerged: phytoremediation. This involves the use of plants to extract, degrade, or immobilize a contaminant. Although slower, these biological methods are less costly and more environmentally friendly than other conventional processes. Miscanthus x giganteus has emerged as a promising crop for combining ecological restoration of contaminated lands with the production of biomass energy. In the context of recent energy crises, the search for more sustainable energy solutions is intensifying, and Miscanthus could be a good alternative in this field. This thesis is part of this dynamic, aiming to understand how ETMs influence the growth and physiology of Miscanthus x giganteus when cultivated on contaminated soils. It also seeks to assess the extent to which heavy metals are absorbed and accumulated in the aerial parts of the plant, evaluating the risks of biomass contamination in the context of potential energy use. The results show that the presence of ETMs in the soil significantly affects the development of Miscanthus, primarily disrupting the absorption of essential nutrients. This leads to deficiencies, causing chlorosis and the activation of the antioxidant system to combat the stress these plants undergo, which is also reflected in morphological alterations. The translocation of metals to the stems and leaves remains limited, making Miscanthus a promising crop for the reclamation of contaminated lands. Cultivating Miscanthus on lands unsuitable for other forms of agriculture would thus allow these soils to be reclaimed while also being remediated through a phytostabilization process. Heavy metals are immobilized in the soil, reducing their mobility and environmental impact. This dual functionality of Miscanthus offers a viable solution for the sustainable management of contaminated soils while generating usable biomass.