Post on 03-Apr-2015
La bioremédiation
Introduction à la bioremediation
PhytoextractionPhytodégradationPhytofiltration
Applications de la bioremédiationConclusion : données économiques sur la bioremédiation
ABRAHAM LouisPERNES Stéphane
Introduction Problèmes de contamination du sol engendrant
des risques pour les écosystèmes et l'homme, directement (par ingestion de particules) ou indirectement (contamination de la chaîne alimentaire)
Bioremédiation : divers aspects
► Phytoextraction
► Phytodégradation
► Phytofiltration
Phytoextraction
Alternative ou complément aux traitements physico-chimiques des sols contaminés par des métaux lourds
Utilisation de plantes accumulatrices qui concentrent les polluants dans leurs parties récoltables
Deux types de phytoextraction :
► Phytoextraction continue
► Phytoextraction induite
Paramètres à prendre en compte :
► La nature des polluants
► La fertilité du sol
► Les espèces de plantes adaptées au climat
► Les pratiques agronomiques adéquates pour cultiver ces plantes
facteurs améliorant la phytoextraction : PH, chelateurs…
Mise en pratique
Optimisation : implantation d’arbres permettant d’agir à de grandes profondeurs
Récupération des polluants : séchage des feuilles ensuite réduites en cendre pour être traitées et en extraire les métaux
La phytoextraction continue Utilisation de plantes pouvant
accumuler au sein même de leurs tissus des quantités importantes de métaux lourds (jusqu'à 1% de leur matière sèche)
-> plantes hyperaccumulatrices (environ 400 espèces reconnues)
Mécanisme : complexation des métaux avec des acides organiques ou des acides aminés synthétisés par la plante. Puis transport des racines vers les parties aériennes (tiges et feuilles) Métaux susceptibles d’être accumulés : cobalt, cuivre, zinc
La phytoextraction induite Utilisation de plantes prélevant les
métaux lourds seulement en présence de chélateurs
Les chélateurs sont appliqués une fois que la plante a atteint un niveau de biomasse optimal
Le prélèvement de métaux est dès lors intense mais réduit en durée.
Chelateurs : choisis en fonction du métal à extraire : EDTA pour le plomb, EGTA pour le cadmium, citrate pour l’uranium.
Processus supposé : transport du métal facilité par la formation de complexes métal-chélateurs
Avantages et inconvénients de la phytoextraction
AVANTAGES
L'activité biologique et la structure des sols sont maintenues après le traitement
La technique est d'un coût relativement faible
Le paysage reste (ou devient) agréable grâce à l'implantation de végétaux
Les métaux extraits peuvent facilement être récupérés
Permet de réduire la pénétration des contaminants dans l'environnement en empêchant leur déversement dans les réseaux d´eau souterraine.
Avantages et inconvénients de la phytoextraction
INCONVENIENTS
Nécessité d’un équipement pour la récolte des hyperaccumulateurs
Rareté des plantes hyperaccumulatrices
Risque de contamination lors de la gestion des produits de la récolte.
Faible production de biomasse et croissance lente
Limiter par la profondeur des racines en général de 1 à 1,80 m pour les plantes herbacées et de 3 à 4,5 m pour les arbres.
Certaines plantes qui absorbent une grande quantité de composés toxiques pourraient mettre en danger la chaîne alimentaire si des animaux les mangent.
Biodégradationexemple des hydrocarbures
• Phytodécontamination concernant les composés organiques et hydrocarbures réalisée par les microorganismes
• Assimilation des n-alcanes et alcanes ramifiés
Aspergillus
Penicillium
Acremonium
Trichoderma
Fusarium
Micrococcus
Arthrobacter
Rhodococcus
Pseudomonas
Xanthomonas
Acinetobacter
Flavobacterium
Agrobacterium
Gram +Gram -
ChampignonsBactéries
PseudomonasPenicillium
Dans le sol, période d'adaptation enzymatique, puis période de forte croissance
Lorsque les composés les plus facilement dégradables ont été utilisés, la population diminue
Pollution de l'eau par les métaux lourds : problème environnemental majeur
Techniques d’échanges d'ions ou précipitations chimiques ou microbiologiques : efficacité variable selon les métaux…
Phytofiltration : racines de plantes supérieures utilisées pour
accumuler des métaux lourds
La Phytofiltration
tournesols (Helianthus annuus)
La rhizofiltration
Méthode semblable à la phytoextraction, appliquée au traitement des eaux de surface et souterraines
Plantain corne-de-boeuf
(Plantago coronopus)
Extraction directement dans la plante par les racines (absorption), soit indirectement par adsorption
Exemple de Rhizofiltration / Phytofiltration
Utilisation de jardins filtrants en complement d’une station d’epuration
Traitement des eaux usées : élimination des charges organiques, de l’azote, du phosphore, désinfection des germes, biodégradation de nouvelles molécules…
Utilisation de variétés de phragmites
Pour les industries au fil de l’eau, opportunité de faire du développement durable
Phragmites
La phytostabilisation
Utilisation de plantes pour retenir les polluants du sol et de l´eau ou pour réduire leur mobilité
Plantain corne-de-boeuf
(Plantago coronopus)
Absorption ou adsorption des polluants par les racines, ou par la réduction de l'érosion du sol et de la poussière soulevée par le vent
Applications
Bioremédiation par les bacteries
Bioremédiation par les levures
Bioremédiation par les algues
Phytoremédiation
Bactéries dénitrifiantesPseudomonas halodenitrificans
Les bactéries hétérotrophes vont modifier leur métabolisme pour utiliser les formes oxydées d’azote (NO2-, NO3-) comme accepteurs d’électrons au lieu de l’oxygène moléculaire
La réduction mènera à la production finale d’azote moléculaire, élément gazeux inerte qui retourne dans l'atmosphére et ne présente plus de danger de pollution.
NO3
- → NO2
- → N2O → N
2
Les nitrates :Utilisés en agriculture sous forme d'engraisDeviennent une menace pour la qualité de l'eau
L’activité dénitrifiante d’un sol dépend de plusierus facteurs physico-chimiques.
La tension d’oxygèneLe degré d‘humidité dans le solLa teneur en carbone organiqueLe pH et la températureLa salinité
Autres bactéries capables d’effectuer la dénitrification : Pseudomonas aeruginosa, Alcaligenes eutrophus,P. halodenitrificans, Thiobacillzcs…
Bactéries dénitrifiantes
Phytoremédiation des métaux
Métaux lourdsMétaux lourds
Phytoremédiation des composés organiques
Composés organiquesComposés organiques
Une fois absorbés, les composés organiques ne vont pas être stockés comme les métaux, ils peuvent être :Transportés dans les parties aériennes de la plante et volatilisésDégradés partiellement ou complètementTransformés en composés moins toxiques et liés dans les tissus de la plante sous forme non disponible
Phytoremédiation du TNTLe TNT pose problème dans toutes les régions du monde où ont eu lieu des essais militaires au cours du dernier siècle.
Une récente étude a travaillé sur une possible phytoremédiation concernant le TNT à l'aide d'une espèce de tabac génétiquement modifié.
Les chercheurs ont incorporé le gène d'une nitroréductase provenant de Enterobacter cloacae dans Nicotiana tabacum. Après avoir isolé les plants de tabac ayant incorporé le gène, des tests ont été réalisés sur un sol contaminé par du TNT par rapport à un plant contrôle.
Phytoremédiation du TNT
On remarque que le tabac génétiquement modifé est nettement plus résistant au TNT que le tabac sauvage.
De plus, le tabac transgénique est capable de décontaminer 100% du TNT contenu dans le sol jusqu'à une concentration de 0.5mM de TNT (limite de solubilisation du TNT) contre 0.05mM pour le tabac sauvage.
Problème du Tc99
Tc-99 est un polluant radioactif contenu dans les sols.
Il en est naturellement extrait par les plantes (phytoextraction et d'hyper-accumulation)
Le problème :Toute plante possède cette capacité.
Il peut donc y avoir concentration de cet élément nocif dans des cultures à vocation alimentaire, puis ingestion par les consommateurs.
Données économiques
Incinération
0,01-1 80 45-230 150-500
Phytore-médiation
Traitement thermique
basse température
Traitement thermique
haute température
Coût en €/m3 de sol
De plus, certains produits secondaires de la phytoremédiation peuvent être valorisés.
Ces produits sont :
Les métaux extraits du sol qui peuvent être vendus après incinération ou compostage de la récolte
L'énergie thermique issue de la combustion de la culture qui peut servir à la production d'électricité (130€ par hectare).
Données économiques
Mais :
La lenteur de cette méthode (une dizaine) ne permet pas son application systématique.
Tous les composés récoltés ne pourront pas être réutilisés après combustion de la récolte : il faut donc parfois inclure un surcoût dû au stockage de la biomasse contenant les produits dangereux.
Les industriels hésitent parfois à l'employer car juridiquement, tout traitement de dépollution d'une durée de plus de six mois entraîne le passage d'une installation classée légère à une installation classée lourde, ce qui entraîne un surcoût.
Données économiques
La phyto-exploitation minièreDéf : Utilisation de plantes pour extraire des substances inorganiques de valeur (métaux précieux ...)
AVANTAGES :
Innocuité environnementale
Réutilisation du sol pour l'agriculture après la fin du fonctionnement des "phytomines".
Utilisation dans des zones où il n'est pas envisageable de creuser une galerie ou une mine à ciel ouvert.
Apte à mobiliser des métaux présents en très faibles concentrations
Le minerai extrait est plus pur que le minerai habituel
Le minerai, sous forme de cendres, est facile à stocker.
La phyto-exploitation minière
Rentabilité :
On considère qu'une "phytomine" est rentable si elle rapporte plus de 500 $ par hectare et par an.
Le rendement économique peut donc se calculer ainsi : Réco = P x C x R
Avec : P = Prix du minerai (en $ par tonne de minerai)C = Concentration en minerai dans la plante (en tonne
de minerai par tonne de biomasse sèche)R = Rendement de la culture (en tonne de biomasse
sèche par hectare)
La phyto-exploitation minière
Élément Prix Rendement Rentabilité
Thallium 300000 8 7368
Manganèse 1700 30 2805
Cobalt 48000 4 1958
Nickel 6090 18 1863
Cuivre 1964 5 82
Zinc 1192 4 48
Cadmium 3750 4 45
Uranium 22000 10 22
Plomb 577 4 19
Plante utilisée
Concen-tration
Iberis intermedia 3,07.10-3
Macadamia neurophylla 55.10-3
Haumaniastrum robertii 10,2.10-3
Berkheya coddii 17.10-3
Haumaniastrum katangense 8.35.10-3
Thlaspi calaminiare 10.10-3
Thlaspi caerulescens 3.10-3
Atriplex confertifolia 0,1.10-3
Thlaspi rotundifolium 8,2.10-3
Semis
Engrais
Récolte
Incinération
Biominerai fondu
Quantité de minerai suffisante dans le sol
Quantité de minerai suffisante en profondeur
FIN
Labour ou extraction de
la couche superficielle
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