Dans ce blog, j'ai tort de peu parler des végétaux. Pourtant, ce sont eux qui sont à la base de nombreux réseaux trophiques. En effet, la lignée verte constitue l'ensemble des producteurs primaires, c'est-à-dire ceux qui sont capables de produire de la matière organique à partir de dioxyde de carbone et de lumière. Et cette matière organique est directement consommée par les consommateurs primaires (les herbivores principalement !).
En plus d'être de véritables piliers écologiques au sein des écosystèmes, les végétaux sont davantage utilisés en tant que phytoremédiateurs... Oups, j'ai dit un gros mot ! Laissez-moi vous expliquer.
La phytoremédiation consiste à utiliser des plantes vasculaires* et des algues afin de dépolluer les sols et d'épurer les eaux usées.
Malheureusement, je ne vous apprends rien, beaucoup de milieux aquatiques (en France et dans le monde) sont fortement pollués par les activités anthropiques. Notamment, beaucoup d'hydrocarbures et de métaux lourds sont directement relargués par les usines dans les cours d'eau.
La phytoremédiation se base exclusivement sur les interactions se mettant en place entre les plantes et leurs micro-organismes et le sol au niveau de la rhizosphère*.
Et cette technique ne date pas d'hier (ni d'avant-hier !) ! Elle fut déjà pensée et appliquée (certes d'une manière moins sophistiquée qu'aujourd'hui) par les Grecs et les Romains lors de l'Antiquité !
Ce n'est qu'au XVIème siècle qu'un savant italien assez calé en botanique à l'époque, Cesalpino, a découvert une plante capable de se développer dans un milieu riche en métaux lourds, en l'occurrence le nickel (Ni). On l'a nommée : Alyssum bertolonii. Cette plante a la particularité d'accumuler ces substances toxiques dans ses tissus (les feuilles) et en plus grande concentration que celle présente dans le sol ! On parle alors de plante hyperaccumulatrice. Mais ce n'est qu'en 1970 que les Hommes commencèrent à l'utiliser à des fins de dépollution des sols.
Mais quels sont les principes de la phytoremédiation ? Et comment la plante peut-elle survivre en présence de ces quantités astronomiques de métaux lourds ?!
Les végétaux sont en connexion avec deux types de milieux aux conditions physico-chimiques totalement différentes l'un de l'autre. Les feuilles sont connectées au milieu aérien et pratiquent la photosynthèse. Les racines, quant à elles, se développent dans le sol et absorbent l'eau et les éléments minéraux nécessaires au métabolisme de l'organisme. Ces différents organes peuvent jouer le rôle de réservoirs et de dégradation de diverses substances toxiques.
Tiens, puisqu'on parle de plantes hyperaccumulatrices, j'ai une petite anecdote. Savez-vous pourquoi l'on trouve des champs de tournesols à foison autour des centrales nucléaires ? Ces plantes à fleurs ont la particularité d'accumuler dans leurs cellules de grandes concentrations de métaux et d'éléments radioactifs rejetés par les centrales comme le Strontium ou l'Uranium !
Dans certains cas, l'absorption des substances toxiques et la biotransformation dans la vacuole peuvent être "boostées" par l'application dans le sol de chélateurs (prononcé "kélateur"). Ce sont des molécules qui s'associent par forte affinité aux molécules toxiques. Le complexe molécule toxique-chélateur est alors plus rapidement absorbé par les racines et transféré jusqu'aux feuilles par le biais de l'évapotranspiration*. On parle alors de phytoextraction assistée, car on utilise un chélateur pour accélérer le processus. A l'heure à laquelle je rédige cet article, très peu de plantes sont capables d'accumuler de très grandes quantités de plomb, arsenic, cadmium... L'ajout d'un chélateur synthétique, comme l'EDTA (un nom barbare se cache derrière cet acronyme : acide éthylènediaminetétraacétique) permettrait alors de stimuler l'absorption de l'élément chimique par les racines et de l'accumuler en plus grandes concentrations dans les feuilles ! Des travaux ont montré que le taux de plomb présent dans la partie aérienne du végétal pouvait dépasser 1% de la matière sèche (c'est-à-dire ce que l'on obtient lorsqu'on retire toute l'eau de la plante).
Chez d'autres espèces, les substances toxiques sont de même absorbées par le système racinaire et transférées jusqu'aux organes aériens (feuilles, tige). Mais ce qui diffère de la phytoextraction toute basique (la technique vue juste au-dessus), c'est que ces polluants sont transformés en composés volatiles dans les feuilles puis libérées dans l'atmosphère ! Certains composés toxiques à l'état solide perdent leurs propriétés et deviennent moins nocifs une fois sous-forme gazeuse !
Aux alentours de certaines usines ou raffineries, des petites mares artificielles sont mises en place où sont cultivées certaines plantes aquatiques. Parfois, jusqu'à 90% des métaux déversés dans la mare sont éliminés par cette phytovolatilisation ! Hallucinant, n'est-ce pas ?
Enfin, certaines plantes absorbent les substances toxiques et les dégradent soit de façon chimique soit avec l'aide des micro-organismes. Dans le premier cas, les cellules sécrètent des enzymes qui hydrolysent (c'est-à-dire qui détruisent) les molécules nocives en petits fragments biologiquement non actifs. Dans le second cas, ce sont les champignons et les bactéries qui se "nourrissent" totalement des produits toxiques.
De plus, les racines peuvent aussi faire l'office de phytostabilisatrices lorsque le terrain est en pente ou le cours d'eau subit un fort courant. En fait, les racines retiennent simplement une forte concentration de l'élément toxique.
Ainsi, à ce jour, les végétaux sont les seuls êtres vivants à avoir colonisé quasiment tous les milieux sur Terre. Au cours de l'évolution, ils ont développé des caractères morpho-anatomiques leur permettant de s'adapter à une large gamme de milieux, même ceux aux conditions physico-chimiques les plus extrêmes tels que les milieux à forte salinité, à forte aridité ou à forte concentration en métaux lourds ! Beaucoup de personnes ne soupçonnent pas les végétaux capables de survivre dans des environnements fortement pollués chimiquement par l'Homme ou naturellement riches en éléments toxiques pour la plupart des êtres vivants sur cette planète. De plus, il est bien probable que l'accumulation de substances toxiques dans leurs feuilles ou leurs racines leur a conféré un grand avantage sélectif, celui d'être évités par de redoutables herbivores...
Merci pour la lecture et à bientôt sur l'Odyssée Terrestre ! :)
Lexique :
- plante vasculaire : plante composée de vaisseaux (toutes sauf les algues !).
- rhizosphère : partie du sol en contact avec les racines
- cadmium (Cd) : métal très toxique que l'on retrouve, entre autres, dans les cigarettes, les batteries et les piles.
- vacuole : organite (= zone fonctionnelle) des cellules de végétaux et de champignons. Elle est une grande réserve d'eau pour la cellule et permet de stocker tout type d'éléments (protéines, sucres, et molécules toxiques !).
Sources :
- mon cours d'écotoxicologie
- le dico de Bio - Romaric Forêt
- www.aquaportail.com/definition-5109-phytoremediation.html
- schéma phytoextraction : http://pf-mh.uvt.rnu.tn/33/1/SN232.pdf
La phytoremédiation se base exclusivement sur les interactions se mettant en place entre les plantes et leurs micro-organismes et le sol au niveau de la rhizosphère*.
Et cette technique ne date pas d'hier (ni d'avant-hier !) ! Elle fut déjà pensée et appliquée (certes d'une manière moins sophistiquée qu'aujourd'hui) par les Grecs et les Romains lors de l'Antiquité !
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| Alyssum bertolonii |
Mais quels sont les principes de la phytoremédiation ? Et comment la plante peut-elle survivre en présence de ces quantités astronomiques de métaux lourds ?!
Les végétaux sont en connexion avec deux types de milieux aux conditions physico-chimiques totalement différentes l'un de l'autre. Les feuilles sont connectées au milieu aérien et pratiquent la photosynthèse. Les racines, quant à elles, se développent dans le sol et absorbent l'eau et les éléments minéraux nécessaires au métabolisme de l'organisme. Ces différents organes peuvent jouer le rôle de réservoirs et de dégradation de diverses substances toxiques.
- Côté tige et feuilles
En premier lieu, en milieu aérien, certaines espèces végétales accumulent dans les cellules de la tige et des feuilles des métaux lourds absorbés par les racines dans le sol. Il ne reste plus qu'à prélever les feuilles et tiges "contaminées", les brûler et stocker les cendres. Même si cette technique de phytoextraction paraît simple, elle est aussi très longue à se mettre en place car elle est cadencée par le rythme de croissance du végétal... Or, un végétal, ça pousse pas si vite que ça...
Un exemple de plante hyperaccumulatrice métallophyte, malgré son nom, est le tabouret bleu (Noccaea caerulescens), une plante européenne assez banale en apparence mais qui est l'une des seules à pouvoir survivre dans des sols riches en zinc et en cadmium*. Chapeau bas. Elle stocke le zinc dans la vacuole* des cellules composant les feuilles et le cadmium dans l'apoplasme (autrement dit le milieu extra-cellulaire). |
| Centrale nucléaire dans l'Ain (01) |
Tiens, puisqu'on parle de plantes hyperaccumulatrices, j'ai une petite anecdote. Savez-vous pourquoi l'on trouve des champs de tournesols à foison autour des centrales nucléaires ? Ces plantes à fleurs ont la particularité d'accumuler dans leurs cellules de grandes concentrations de métaux et d'éléments radioactifs rejetés par les centrales comme le Strontium ou l'Uranium !
Dans certains cas, l'absorption des substances toxiques et la biotransformation dans la vacuole peuvent être "boostées" par l'application dans le sol de chélateurs (prononcé "kélateur"). Ce sont des molécules qui s'associent par forte affinité aux molécules toxiques. Le complexe molécule toxique-chélateur est alors plus rapidement absorbé par les racines et transféré jusqu'aux feuilles par le biais de l'évapotranspiration*. On parle alors de phytoextraction assistée, car on utilise un chélateur pour accélérer le processus. A l'heure à laquelle je rédige cet article, très peu de plantes sont capables d'accumuler de très grandes quantités de plomb, arsenic, cadmium... L'ajout d'un chélateur synthétique, comme l'EDTA (un nom barbare se cache derrière cet acronyme : acide éthylènediaminetétraacétique) permettrait alors de stimuler l'absorption de l'élément chimique par les racines et de l'accumuler en plus grandes concentrations dans les feuilles ! Des travaux ont montré que le taux de plomb présent dans la partie aérienne du végétal pouvait dépasser 1% de la matière sèche (c'est-à-dire ce que l'on obtient lorsqu'on retire toute l'eau de la plante).
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| Principe de la phytoextraction |
Chez d'autres espèces, les substances toxiques sont de même absorbées par le système racinaire et transférées jusqu'aux organes aériens (feuilles, tige). Mais ce qui diffère de la phytoextraction toute basique (la technique vue juste au-dessus), c'est que ces polluants sont transformés en composés volatiles dans les feuilles puis libérées dans l'atmosphère ! Certains composés toxiques à l'état solide perdent leurs propriétés et deviennent moins nocifs une fois sous-forme gazeuse !
Aux alentours de certaines usines ou raffineries, des petites mares artificielles sont mises en place où sont cultivées certaines plantes aquatiques. Parfois, jusqu'à 90% des métaux déversés dans la mare sont éliminés par cette phytovolatilisation ! Hallucinant, n'est-ce pas ?
Enfin, certaines plantes absorbent les substances toxiques et les dégradent soit de façon chimique soit avec l'aide des micro-organismes. Dans le premier cas, les cellules sécrètent des enzymes qui hydrolysent (c'est-à-dire qui détruisent) les molécules nocives en petits fragments biologiquement non actifs. Dans le second cas, ce sont les champignons et les bactéries qui se "nourrissent" totalement des produits toxiques.
- Côté racines
De plus, les racines peuvent aussi faire l'office de phytostabilisatrices lorsque le terrain est en pente ou le cours d'eau subit un fort courant. En fait, les racines retiennent simplement une forte concentration de l'élément toxique.
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| Résumé des différents processus de phytoremédiation |
Ainsi, à ce jour, les végétaux sont les seuls êtres vivants à avoir colonisé quasiment tous les milieux sur Terre. Au cours de l'évolution, ils ont développé des caractères morpho-anatomiques leur permettant de s'adapter à une large gamme de milieux, même ceux aux conditions physico-chimiques les plus extrêmes tels que les milieux à forte salinité, à forte aridité ou à forte concentration en métaux lourds ! Beaucoup de personnes ne soupçonnent pas les végétaux capables de survivre dans des environnements fortement pollués chimiquement par l'Homme ou naturellement riches en éléments toxiques pour la plupart des êtres vivants sur cette planète. De plus, il est bien probable que l'accumulation de substances toxiques dans leurs feuilles ou leurs racines leur a conféré un grand avantage sélectif, celui d'être évités par de redoutables herbivores...
Merci pour la lecture et à bientôt sur l'Odyssée Terrestre ! :)
Lexique :
- plante vasculaire : plante composée de vaisseaux (toutes sauf les algues !).
- rhizosphère : partie du sol en contact avec les racines
- cadmium (Cd) : métal très toxique que l'on retrouve, entre autres, dans les cigarettes, les batteries et les piles.
- vacuole : organite (= zone fonctionnelle) des cellules de végétaux et de champignons. Elle est une grande réserve d'eau pour la cellule et permet de stocker tout type d'éléments (protéines, sucres, et molécules toxiques !).
Sources :
- mon cours d'écotoxicologie
- le dico de Bio - Romaric Forêt
- www.aquaportail.com/definition-5109-phytoremediation.html
- schéma phytoextraction : http://pf-mh.uvt.rnu.tn/33/1/SN232.pdf
Merci
RépondreSupprimerJe partage ��
Merci à vous ! A bientôt :)
RépondreSupprimerTrès intéressant cet article.nous comprenons pourquoi maintenant les piscines sont conçues avec des bassins primaires contenant roseaux ou toutes sortes de plantes aquatiques qui filtrent l'eau naturellement.pap's
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