Plantes pour dépolluer et restaurer les sols contaminés

Plantes pour dépolluer et restaurer les sols contaminés

Phytoremédiation, phytostabilisation et restauration biologique du territoire

La phytoremédiation consiste à utiliser les plantes, leurs racines et les micro-organismes associés pour réduire les risques liés à la contamination des sols, de l'eau ou des sédiments.

Il est important de comprendre que les plantes n'éliminent pas toujours complètement les polluants. Selon la substance, elles peuvent :

l'extraire du sol ;

retenir dans la zone racinaire;

réduire la mobilité ;

empêcher la propagation de la poussière ;

stimuler la décomposition microbienne ;

intercepter l'eau contaminée;

créer les conditions d'une restauration progressive de l'écosystème.

Pour les métaux lourds, l'extraction et la stabilisation sont les méthodes les plus courantes. Pour le pétrole, le gazole, certains pesticides et les composés organiques, la dégradation microbienne dans la rhizosphère joue un rôle important.

1. Mécanismes fondamentaux de la phytoremédiation

Le principe principal :

Les métaux ne sont pas biodégradables, mais peuvent être éliminés, liés ou séquestrés ; les polluants organiques peuvent parfois être dégradés.

2. Trois groupes de plantes selon leur fonction

2.1. Usines d'extraction

Elles sont utilisées lorsque le polluant est suffisamment accessible aux racines et est transféré à la partie aérienne.

Exemples :

moutarde Sarepta;

amarante;

tournesol;

certains types de colza ;

hyperaccumulateurs spécialisés ;

certaines espèces de saule.

2.2. Plantes stabilisatrices

Leur principale mission est de recouvrir la surface et d'empêcher la propagation des sols contaminés.

Exemples :

fétuque;

ray-grass;

litorne;

dactyle;

croupe;

miscanthus;

carex;

canne;

saule;

bouleau;

pin.

2.3. Les plantes comme restaurateurs d'écosystèmes

Elles restituent la matière organique, la vie du sol, les pollinisateurs et la succession naturelle.

Exemples :

luzerne;

trèfle;

épilobe;

chicorée;

achillée;

céréales locales;

arbustes;

saule et bouleau.

3. La luzerne est un moteur biologique du sol

La luzerne n'est pas la plante qui accumule le plus de métaux. Son caractère unique réside dans la combinaison de plusieurs de ses fonctions.

Les principales propriétés de la luzerne

Pourquoi la luzerne est bonne pour lutter contre la pollution pétrolière

Elle n'absorbe pas le pétrole comme une substance prête à l'emploi. L'essentiel du travail se déroule au niveau de ses racines.

Sécrétions racinaires :

nourrir les bactéries dégradant le pétrole ;

soutenir la communauté microbienne ;

améliorer la structure du sol ;

augmenter la disponibilité en oxygène ;

stimuler la décomposition de certains hydrocarbures.

La luzerne donne de meilleurs résultats lorsqu'elle est mélangée à des céréales :

fétuque;

ray-grass;

croupe;

Équipe hérisson.

Les céréales possèdent un réseau très dense de racines fines, tandis que la luzerne assure une pénétration profonde et une fonction fixatrice d'azote.

Luzerne et métaux lourds

Il peut absorber et retenir :

cadmium;

zinc;

cuivre;

nickel;

partie du chrome;

partie de plomb.

Mais son rôle consiste généralement en une combinaison de :

extraction partielle ;

rétention des polluants dans les racines ;

création d'une rhizosphère stable ;

restauration de la structure du sol.

En cas de contamination au plomb, la luzerne agit davantage comme stabilisateur que comme puissant extracteur.

limitations de la luzerne

Elle ne tolère pas :

inondations de longue durée ;

stagnation de l'eau;

forte acidité ;

salinité très élevée ;

sol anaérobie lourd ;

pollution extrêmement élevée.

La biomasse de luzerne provenant d'un site contaminé ne peut être utilisée comme aliment pour animaux, aliment pour la consommation humaine ou pour le fourrage, ni comme compost ordinaire.

4. L'épilobe est une plante de la première restauration

L'épilobe, ou thé d'Ivan, est une plante pionnière typique.

Sa fonction principale est de rétablir rapidement la végétation dans les zones où l'écosystème précédent a été détruit.

Il apparaît dans :

incendies;

clairières;

remblais de construction;

terres forestières perturbées;

carrières;

décharges;

bords de route;

sol déplacé.

Propriétés uniques de l'épilobe

Rôle dans la phytoremédiation

L'épilobe n'est pas considérée comme une plante hyperaccumulatrice universelle. Ses principales fonctions sont :

recouvrir la surface contaminée ;

réduction de la poussière ;

fixer la couche supérieure ;

soutien des micro-organismes ;

accumulation de matière organique ;

initiation de la succession naturelle.

Une séquence naturelle pourrait ressembler à ceci :

sol nu → épilobe → herbe mixte → arbustes → jeune forêt.

Pour les hydrocarbures et les métaux lourds, il est préférable d'utiliser l'épilobe une fois la toxicité aiguë réduite et la surface stabilisée.

Il ne faut pas cueillir d'épilobes provenant d'une zone contaminée pour la préparation de tisanes, de produits alimentaires, de médicaments ou de cosmétiques.

5. Amarante - biomasse élevée en une seule saison

L'amarante combine :

croissance rapide ;

grande masse hors sol ;

système racinaire développé ;

résistance à la chaleur ;

la capacité d'absorber certains métaux.

Elle n'entraîne pas nécessairement une accumulation de concentrations record de métaux dans chaque kilogramme de tissu. Son avantage réside dans le rendement global élevé de biomasse contaminée.

Élimination réelle des polluants

L'efficacité de l'installation est déterminée non seulement par la concentration en métal, mais aussi par le volume de la masse collectée :

concentration de métal dans la biomasse sèche × masse de biomasse sèche = élimination totale du métal.

Par conséquent, une plante présentant une concentration modérée mais une masse importante peut parfois éliminer plus de métaux qu'une petite plante hyperaccumulatrice.

potentiel de l'amarante

Bienfaits de l'amarante

recouvre rapidement la surface ;

tolère bien la chaleur ;

adapté aux cycles saisonniers ;

facile à cultiver ;

peut être utilisé dans des parcelles expérimentales de phytoextraction ;

produit une grande quantité de biomasse mesurable et collectable.

Restrictions

L'amarante n'aime pas :

engorgement prolongé ;

ombre forte ;

sol extrêmement acide ;

Toxicité très élevée.

Dans une zone contaminée, ses graines, ses feuilles, son huile, sa farine ou sa biomasse verte ne peuvent être utilisées à des fins alimentaires ou fourragères.

6. Moutarde - Un extracteur de saison rapide

Le Sarepta, ou moutarde indienne, est particulièrement intéressant pour la phytoremédiation.

Sa singularité réside dans son cycle court, sa croissance rapide et le transfert relativement efficace de certains métaux des racines vers les parties aériennes.

Caractéristiques de la moutarde

Les polluants les plus prometteurs

cadmium;

zinc;

cuivre;

nickel;

certaines formes de chrome ;

en partie du plomb.

Pourquoi la moutarde est-elle intéressante pour le plomb ?

La moutarde a fait l'objet de nombreuses études dans le cadre d'expériences de phytoextraction améliorées. Cependant, le plomb est peu soluble et reste souvent piégé dans les racines.

Pour accroître sa biodisponibilité, on utilisait parfois des agents chélateurs. Cela peut effectivement augmenter l'absorption du plomb par les parties aériennes, mais cela accroît également le risque de lessivage du plomb dissous dans les eaux souterraines.

Par conséquent, les chélateurs synthétiques ne peuvent être utilisés sur un site réel sans un contrôle technique de l'eau, du drainage et de la chimie du sol.

Le rôle pratique de la moutarde dans le plomb :

couverture saisonnière rapide ;

extraction partielle expérimentale ;

contrôle de la disponibilité du plomb ;

culture supplémentaire dans un système complexe ;

ne remplace pas la stabilisation technique.

7. Tournesol - une grande biopompe et un rhizofiltre

Le tournesol est précieux grâce à la combinaison de :

grande masse hors sol ;

surface racinaire développée ;

consommation intensive d'eau ;

capacité d'absorption des métaux ;

possibilités d'utilisation dans les systèmes d'eau.

Qualités uniques

Tournesol et métaux

Une enquête est en cours pour :

cadmium;

zinc;

c'est;

nickel;

plomb;

uranium;

certains radionucléides.

Particulièrement utile pour la purification de l'eau

Le tournesol est particulièrement intéressant, non seulement en pleine terre, mais aussi en bassins à environnement contrôlé.

Les racines peuvent :

absorber le métal dissous ;

retenir les particules ;

lier le polluant aux parois cellulaires ;

l'absorber partiellement.

Après cela, la masse racinaire peut être entièrement retirée, ce qui est beaucoup plus facile que d'enlever toutes les racines du sol.

Tournesol et plomb

Dans le sol, le plomb reste souvent principalement dans le système racinaire. Par conséquent, les tournesols ne sont pas toujours de bons extracteurs de plomb au champ.

Les applications les plus rationnelles :

rhizofiltration des eaux contaminées ;

parcelles expérimentales ;

création d'une biomasse importante ;

évaluation de la disponibilité des métaux ;

culture supplémentaire après stabilisation du site.

N’utilisez pas de graines, d’huile, de tourteaux, de fleurs ou de tiges dans les zones contaminées.

8. Comparaison des plantes clés

9. Le plomb est un problème particulier

Le plomb est l'un des polluants du sol les plus dangereux et les plus complexes.

Il:

ne se décompose pas ;

peuvent persister pendant des décennies et des siècles ;

s'accumule dans le corps ;

particulièrement dangereux pour les enfants ;

endommage le système nerveux ;

affecte le développement cérébral ;

perturbe l'hématopoïèse ;

endommage les reins ;

augmente le risque cardiovasculaire ;

peut affecter le système reproducteur.

Les principales voies d'exposition au plomb chez l'homme

En pratique, le danger ne provient souvent pas de l'absorption du plomb par les plantes, mais deexposition directe du corps à des sols et des poussières contaminés.

10. Pourquoi les plantes sont-elles peu efficaces pour extraire le plomb ?

10.1 Faible solubilité

Le plomb se lie à :

argile;

matière organique;

oxydes de fer;

oxydes de manganèse ;

carbonates;

phosphates;

sulfures.

Par conséquent, la teneur totale en plomb peut être élevée, tandis que la fraction assimilable par les plantes est relativement faible.

10.2. Retard au niveau des racines

Pb souvent :

est absorbé à la surface des racines ;

se lie aux parois cellulaires ;

précipite dans la rhizosphère;

reste à l'intérieur de la racine ;

mal transféré aux feuilles et aux tiges.

Cela fait des plantes de bons stabilisateurs mais de faibles extracteurs.

10.3. Le danger de la mobilisation artificielle

Si l'on augmente chimiquement la solubilité du plomb, celui-ci deviendra plus disponible pour les plantes, mais en même temps :

Le risque d'élimination augmentera ;

Les eaux de drainage peuvent être contaminées ;

le métal peut pénétrer plus profondément ;

Le risque de contamination des eaux souterraines augmentera.

Par conséquent, une absorption maximale par la plante ne signifie pas toujours une sécurité accrue.

11. Quatre stratégies pour travailler avec le plomb

Stratégie 1 : Éliminer les points chauds

Applicable si le site contient :

déchets de piles ;

morceaux de scories;

grenaille métallique ;

restes de vieille peinture ;

zones locales à très fortes concentrations ;

Pollution à proximité des zones résidentielles et des aires de jeux pour enfants.

Méthodes :

extraction sélective ;

élimination des grosses particules ;

dépistage;

remplacement de la couche supérieure ;

élimination des matériaux contaminés;

recouvrir de terre propre.

Pour les zones résidentielles fortement polluées, cette méthode est plus fiable que la phytoextraction à long terme.

Stratégie 2. Phytostabilisation

Objectif principal :

fermer le sol;

arrêter de faire la poussière ;

réduire l'érosion ;

retenir le plomb avec les racines ;

réduire le transfert de surface ;

limiter le contact humain direct avec le sol.

Plantes adaptées :

fétuque roseau;

fétuque rouge;

ray-grass;

litorne;

dactyle;

croupe;

miscanthus;

saule;

bouleau;

peuplier;

carex;

canne;

tapis.

Stratégie 3. Immobilisation

L'objectif est de convertir le plomb en formes moins solubles et moins accessibles.

Matériaux possibles :

minéraux phosphatés ;

hydroxyapatite;

matériaux à base de chaux ;

biochar ;

sorbants contenant du fer ;

zéolites ;

bentonite;

certains matériaux en argile.

Après cela, la zone est recouverte de végétation.

Important : Le dosage est déterminé par des analyses en laboratoire. Par exemple, un excès de phosphates peut engendrer de nouveaux problèmes environnementaux et affecter la mobilité d’autres polluants.

Stratégie 4. Phytoextraction

Il est utilisé lorsque :

La pollution est modérée ;

Une partie du plomb est disponible pour les racines ;

La biomasse peut être éliminée en toute sécurité ;

Il existe une possibilité de travailler pendant plusieurs saisons ;

L'eau et le sol sont contrôlés.

Cultures possibles :

moutarde;

tournesol;

amarante;

colza;

saule;

mûre;

certaines espèces de Chenopodiaceae;

Le maïs en tant que culture technique non alimentaire.

Mais pour le plomb, la phytoextraction est généralement lente et ne devrait pas être la seule méthode de protection.

12. Qu’est-ce qui est le plus important avec le plomb : l’extraction ou la stabilisation ?

L'objectif principal concernant le plomb n'est pas d'extraire la quantité maximale de métal à tout prix, maisinterrompre d'abord son flux vers une personne.

13. Système de récupération multiniveaux optimal

Étape 1. Diagnostic

Il est nécessaire de déterminer :

teneur totale en polluants ;

fraction mobile;

profondeur de contamination ;

pH ;

matière organique;

composition mécanique ;

niveau de la nappe phréatique;

drainage;

présence de points chauds ;

teneur en polluants dans l'eau.

Le site est divisé en zones :

faire le ménage;

modérément pollué ;

fortement pollué ;

mouillé;

poussiéreux;

risque d'érosion ;

zones avec déchets locaux.

Étape 2 : Élimination des sources concentrées

Les éléments suivants ont été supprimés :

morceaux de scories;

métal;

déchets de batteries ;

matériaux de construction contaminés;

zones locales à concentrations extrêmes.

Étape 3. Stabilisation du sol

Si nécessaire, postulez :

chaulage;

matériaux phosphatés ;

biochar ;

sorbants minéraux ;

couche de revêtement propre ;

tapis anti-érosion.

Étape 4 : Refermez rapidement la surface

Premier mélange :

ray-grass;

fétuque roseau;

fétuque rouge;

litorne;

dactyle.

Cible:

stopper la poussière ;

consolider le sol;

réduire le ruissellement de surface ;

créer un réseau racine.

Étape 5. Restauration biologique

Après stabilisation, les éléments suivants sont introduits :

luzerne;

trèfle;

chicorée;

achillée;

herbes locales;

épilobe dans les zones appropriées.

Étape 6. Cadre vivace

Atterrissage:

miscanthus;

saule;

peuplier;

bouleau;

arbustes locaux;

carex et roseaux dans les endroits humides.

Étape 7. Phytoextraction expérimentale

Dans des parcelles contrôlées séparées :

moutarde;

amarante;

tournesol;

colza;

saule à rotation courte.

Après chaque cycle, les éléments suivants sont analysés :

racines;

tiges;

feuilles;

graines;

masse sèche ;

élimination totale des polluants ;

sol résiduel;

fraction mobile;

eau de drainage.

Étape 8. Formation d'un écosystème durable

Après l'atténuation des risques :

préserver certaines herbes locales ;

planter des arbustes;

créer des ceintures forestières ;

former des zones de biofiltration humide ;

Transformer progressivement le territoire d'une remise en état technique en un écosystème durable.

14. Un exemple de division fonctionnelle des plantes

15. Plantes pour différents types de pollution

Cadmium et zinc

Prometteur:

amarante;

moutarde;

certains types de colza ;

tournesol;

saule;

hyperaccumulateurs spécialisés.

Nickel

Prometteur:

types spécialisésOdontarrhena;

certains types de moutarde ;

amarante;

herbes résistantes aux métaux.

Cuivre

Utilisé:

moutarde;

amarante;

tournesol;

saule;

fétuque;

Miscanthus.

Arsenic

La fougère aigle est une plante spécialisée.Pteris vittataCependant, la forme chimique de l'arsenic et les conditions du sol sont cruciales.

Pétrole et diesel

Le rôle principal revient aux micro-organismes de la rhizosphère.

Plantes adaptées :

luzerne;

ray-grass;

fétuque;

trèfle;

miscanthus;

saule;

peuplier.

HAP et pesticides

Possible:

rhizodégradation ;

phytodégradation ;

Travail conjoint des plantes et des bactéries.

Convient pour :

céréales;

luzerne;

saule;

peuplier;

plantes des zones humides.

eaux polluées

Utilisé:

tournesol dans les systèmes contrôlés ;

lentilles d'eau;

polyrhizome;

tapis;

canne;

roseau;

carex;

Ivan.

radionucléides

La possibilité d'utiliser des plantes dépend de :

un isotope spécifique ;

forme chimique ;

composition du sol ;

teneur en potassium et en calcium ;

niveau de risque radiologique.

Travailler avec des radionucléides nécessite un projet radiologique spécial.

16. Traitement des eaux usées contaminées

Exemple de système de biofiltration séquentielle :

bassin de décantation pour les grosses particules ;

barrière minérale ou de sorption ;

zone de quenouilles;

zone de roseaux;

carex et zone de carex ;

bande de saule;

bassin de polissage;

Point de contrôle d'échantillonnage de l'eau.

Pour le plomb et autres métaux, les installations de traitement des eaux usées ne doivent pas remplacer les filtres techniques. Elles constituent une étape supplémentaire, stabilisant les sédiments et interceptant les polluants résiduels.

17. Élimination de la biomasse contaminée

La biomasse provenant du site de dépollution ne peut pas être :

manger;

utiliser comme aliment pour animaux ;

transformer en huile ou en farine ;

faire du thé avec ça ;

utilisation en cosmétique ;

composter avec les déchets ordinaires ;

laisser comme paillis;

brûler sur le bûcher ;

brûler dans un poêle domestique ;

utiliser les cendres dans le jardin ;

Fabriquer du biochar maison.

Les métaux lourds ne disparaissent pas lors de la combustion. Ils se concentrent dans les cendres et peuvent être emportés par les poussières de fumée.

Moyens possibles de contact :

combustion contrôlée avec épuration des gaz de combustion ;

inhumation spéciale;

stabilisation des cendres ;

extraction de métaux à partir de matières végétales ;

transférer à un organisme agréé.

18. Erreurs fondamentales

Erreur n° 1 : Croire que n'importe quelle plante purifie le sol

La présence d'une plante dans une zone contaminée ne signifie pas qu'elle élimine efficacement le polluant.

Erreur n° 2 : Se concentrer uniquement sur la concentration des feuilles

Il est nécessaire de prendre en compte la masse sèche totale et l'enlèvement total du site.

Erreur 3 : Laisser la biomasse contaminée en place

Le métal retourne ensuite au sol après décomposition.

Erreur n° 4 : Utiliser des chélateurs sans surveillance.

Cela peut accroître la lixiviation des métaux et polluer l'eau.

Erreur n° 5 : Cultiver des plantes alimentaires dans une zone de restauration

Même si le métal ne pénètre que légèrement dans le fœtus, le risque de contamination par la poussière et le sol demeure.

Erreur n° 6 : Utiliser une seule plante

Un système dans lequel différentes espèces remplissent différentes fonctions fonctionne de manière plus fiable.

Erreur n° 7 : Considérer la stabilisation comme un nettoyage complet

La phytostabilisation réduit le risque, mais le contaminant reste dans le sol.

19. Système universel DREVO

Pour une grande zone perturbée, un modèle à plusieurs étapes peut être utilisé.

Le premier niveau est la sécurité

analyse;

zonage;

suppression des points chauds ;

restriction d'accès ;

prévention de la poussière ;

protection des voies navigables.

Le deuxième niveau est la stabilisation

sorbants minéraux et organo-minéraux ;

herbes vivaces denses ;

revêtement anti-érosion ;

bandes tampons.

Le troisième niveau est la revitalisation biologique

luzerne;

trèfle;

chicorée;

herbes locales;

bactéries bénéfiques ;

champignons mycorhiziens.

Niveau 4 - Extraction contrôlée

moutarde;

amarante;

tournesol;

saule;

d'autres cultures éprouvées.

Le cinquième niveau est la formation d'un écosystème

épilobe;

herbes locales;

arbustes;

saule;

bouleau;

peuplier;

ceintures forestières;

zones de filtration humide.

20. Conclusion principale

Il n'existe pas de plante universelle capable de nettoyer tous les types de saletés.

Chaque type remplit sa propre fonction :

luzernerestaure la biologie du sol, fixe l'azote et crée une rhizosphère profonde ;

épilobeles premiers à restaurer le couvert végétal et à amorcer la succession naturelle ;

amaranteproduit une biomasse importante et peut extraire du cadmium et du zinc ;

moutardepousse rapidement et convient aux cycles saisonniers répétés de phytoextraction ;

tournesolelle forme une biomasse importante et est particulièrement intéressante pour la rhizofiltration de l'eau ;

céréalescréer un gazon dense et empêcher la pollinisation ;

miscanthusoffre une protection durable contre les aliments ;

saule et peupliergérer l'eau et former un système racinaire pérenne ;

carex, quenouilles et roseauxfonctionner dans des systèmes de filtration humide.

Pour le plomb, la stratégie la plus judicieuse est :

éliminer les sources concentrées → fixer les métaux restants → couvrir le sol d'une végétation dense → limiter le contact humain → extraire progressivement la partie accessible → surveiller en permanence le sol, l'eau et la biomasse.

L’objectif de la phytoremédiation n’est pas simplement de faire pousser des plantes sur un sol contaminé. Il s’agit de créer un système contrôlé qui réduit durablement la toxicité, stoppe la propagation de la contamination et restaure le fonctionnement écologique de la zone.

L'andosol est un sol volcanique déjà formé, tandis que le régolithe est le matériau minéral meuble initial à partir duquel le sol doit encore être créé.