La recherche et la pollution minière
Phytoremédiation
La phytoremédiation est la dépollution des sols, l'épuration des eaux usées ou l'assainissement de l'air intérieur, utilisant des plantes vasculaires, des algues (phycoremédiation) ou des champignons (mycoremédiation), et par extension des écosystèmes qui supportent ces végétaux. Ainsi on élimine ou contrôle des contaminations. La dégradation de composés nocifs est accélérée par l'activité microbienne1.
Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Phytorem%C3%A9diation
Tratégies de rémédiation in situ des sols pollués - la phytorémédiation
Jean Morel , Laboratoire sols et environnement UMR 1120 INPL-INRA
Franck REPFLLIM
La phytoremediation est 1'utilisation de plantes et d'arbres pour depolluer des sites.
Concernant les sols contamines par les metaux, trois technologies de phvtoremediation ont ete developpees. Dans la phytovolatilisation, les metaux sont convertis en composes volatils non toxiques et relaches dans 1'atmosphere. Dans la rhizofiltration, les racines collectent et stockent les metaux. La troisieme technologie, appelee phytoextraction, est similaire a la rhizofiltration mais les metaux sont accumules dans les tiges et les feuillcs. Cette derniere utilise des plantes hyperaccumulatrices dont certaines peuvent etre facilement modifiees genetiquement afin d'ameliorer leur capacite a nettoyer les sols pollues par les metaux.
Reportage de ARTE diffusé en janvier? Il est sur Youtube : Dépolluer les sols avec des plantes - FUTURE - ARTE FUTUREMAG - ARTE
Un filme de Klaus Uhrig et TiII Krause
https://www.youtube.com/watch?v=TBw_Eno9TSU
Les plantes : des « micro-mines » pour l’extraction des métauxMots-clés : PHYTOEXTRACTION - SOL - Alyssum murale - Nickel - Agromine
Certaines plantes sont capables d'extraire les métaux du sol. Une installation pilote est en place en Lorraine pour récupérer du nickel à partir de plantes hyperaccumulatrices cultivées en Albanie. Le procédé d'extraction fait l'objet d'un brevet international.
Alyssum murale, hyperaccumulator plant of nickel. Albania .. © inra
Des plantes extractrices de minerai ? C’est ce qu’on appelle la « phytomine » : il s’agit de plantes particulières, qui poussent sur des terrains riches en métaux et qui ont la faculté de les absorber à des taux mille fois supérieurs aux plantes normales. Ces plantes sont capables d’extraire des métaux présents même en très faible quantité dans le sol, là où les procédés miniers classiques sont inefficaces, et en plus, de manière beaucoup moins brutale pour le sol et le milieu en général.
En quoi consiste la phytomine ?J-L. Morel : En fait, nous préférons utiliser le terme d’ « agromine », plus complet que celui de phytomine. En effet, il faut bien comprendre que ces mines d’un nouveau genre ne se limitent pas à la plante, mais englobent tout l’agrosystème sol-plante-minerai, qui conditionne l’extraction par la plante, ainsi que le procédé de récupération du métal accumulé dans la plante, qui est tout aussi important.
Notre projet le plus avancé concerne le nickel. Nous avons mis au point avec plusieurs partenaires (1) un procédé original de récupération du nickel à partir des plantes, basé sur l'hydrométallurgie. Ce procédé fait l’objet d’un brevet international. Il permet d’obtenir un sel de nickel à haute valeur économique (2). En ce moment, l'installation pilote, basée à Nancy, traite une tonne de biomasse en provenance d’Albanie, où nous avons mené des essais de culture pendant cinq ans, sur des sols naturellement riches en nickel. Nous implantons cette année des cultures extractrices en France, à Homécourt (3), sur des sols contaminés et des déchets industriels.
Pourquoi en Albanie ?J-L. M. : L’histoire a commencé en 1988 avec la visite de deux étudiants albanais, arrivés en France avant la chute de la dictature. En Albanie, il existe des sols dits « ultramafiques » qui contiennent naturellement cent fois plus de nickel que des sols normaux, et sont par ailleurs riches en fer, cobalt, magnésium... A la suite de cette première collaboration, nous avons conduit deux thèses, qui ont permis d’étudier les plantes hyperaccumulatrices de nickel, puis de mettre en place des essais de cultures. La plante choisie, Alyssum murale, pousse communément sur ces terrains en Albanie. Elle accumule jusqu’à 100 kg de nickel par hectare, et cela avec une conduite agronomique assez classique et des quantités de fertilisants compatibles avec les pratiques locales. Cette culture intéresse d’ailleurs fortement les agriculteurs albanais, qui se sont retrouvés propriétaires de petits terrains ultramafiques, peu fertiles pour les cultures, au lendemain de la redistribution des terres qui a suivi la chute de la dictature. Vivant plus de tourisme que d’agriculture, ces exploitants pourront se regrouper pour exploiter le nickel et valoriser enfin leur terre. Mais évidemment, toute la filière d’exploitation est à construire.
Quelles applications en France ?J-L. M. : Le système pilote va être étudié sous toutes ses coutures : rentabilité économique – une étude de marché est en cours - mais aussi effets environnementaux. Une analyse de cycle de vie (ACV) est prévue dans le cadre du projet « Agronick » (Agro-comme agromine et nick-comme nickel), déposé auprès de l’ANR en 2013. En France, les sols ultramafiques ne sont pas très nombreux, mis à part de petites surfaces, comme dans les Vosges, ou sur de plus larges étendues montagneuses, comme en Corse. L’extraction du nickel visera plutôt à valoriser des terrains contaminés par les activités industrielles. On fera ainsi d’une pierre deux coups : détoxifier des sols et produire du nickel. Un gros projet, appelé LORVER, financé par la Région Lorraine, a été lancé en 2012 pour valoriser ce qu’on appelle les « délaissés » : friches, sols contaminés, boues, déchets, etc. Les plantes ayant extrait des métaux, nickel mais aussi cadmium, seront valorisées en tant qu’agromine, si l’on dispose, comme dans le cas du nickel, d’un procédé d’extraction compétitif. D’autres plantes seront testées pour leur intérêt dans la production de fibres ou d’énergie. Ainsi, les friches industrielles n'apparaîtront plus comme un handicap, mais comme une ressource.
Quelles perspectives ?J-L. M. : Des perspectives s’ouvrent pour l’exploitation d’autres métaux, en particulier des éléments à très forte valeur ajoutée, utilisés dans les nouvelles technologies (lithium, indium, néodyme, …), dont les réserves mondiales sont concentrées à 90 % en Chine. Ces métaux stratégiques sont au cœur du Labex « Ressources 21 » dont nous faisons partie.
Tout aussi prospectifs, des essais d’extraction de l’or par les plantes avaient été conduits il y a une vingtaine d’années. Mais l’or ne se laisse pas si facilement capter et les produits chimiques qu’il fallait rajouter dans le sol pour le rendre plus soluble rendaient le procédé peu attractif. De nombreux défis sont donc lancés, et le potentiel de l’agromine est considérable !
(1) Le projet associe un ensemble de partenaires : pour la France : LSE (INRA-UL), LRGP (CNRS-UL), LEM (CNRS-UL) ; pour l’Albanie : Université Agricole de Tirana ; pour le Canada : INRS-ETE.
(2) Le nickel produit des alliages solides, largement utilisés pour l’équipement et l’aéronautique. Le nickel sert aussi pour la fabrication de monnaie, d’électrodes, de piles, de batteries…Les sels de nickel sont utilisés pour le traitement de surface.
(3) Sur la station expérimentale du GISFI (Groupement d'Intérêt Scientifique sur les Friches Industrielles), http://www.gisfi.fr
Contact(s)Contact(s) scientifique(s) : Jean-Louis Morel UMR1120 LSE Sols et Environnement Inra/Université de Lorraine
Guillaume EchevarriaDépartement(s) associé(s) :
Environnement et agronomie
Centre(s) associé(s) :
Nancy-LorraineRéférences
- Bani A., Echevarria G., Sulce S., Morel J.L., Mullai A. 2007. In-situ phytoextraction of Ni by a native population of Alyssum murale on an ultramafic site (Albania). Plant & Soil, 293:79-89.
- Barbaroux R., Plasari E., Mercier G., Simonnot M.O., Morel J.L., Blais J.F., 2012. A new process for nickel ammonium disulfate production from ash of the hyperaccumulating plant Alyssum murale. The Science of the Total Environment, 423:111–119.
- Brevet : Production d’un sel cristallisé de nickel à partir de plantes hyper-accumulatrices – Canada n°2.731.457 le 4 février 2011 – N/Réf : 00 5199-0025. Inventors: Mercier G., Barbaroux R., Plasari E., Blais J.F., Simonnot M.O., Morel J.L. Demande internationale déposée le 6/2/2012, PCT/CA2012/050059, INRS-ETE, Université de Lorraine, INRA, CNRS.
Des plantes peu sociables...Il semble que la phytoextraction confère un avantage sélectif aux plantes qui la pratiquent, en faisant le vide autour d’elles : les sols riches en métaux sur lesquels elles se sont adaptées sont inhospitaliers pour les autres espèces.
La phytoextraction n’est qu’une facette de la phytoremédiation qui comporte aussi :
- la phytostabilisation, qui consiste à limiter la diffusion de métaux lourds dans les eaux ou par érosion des terres contaminées (fétuque rouge, peuplier, etc).
- la phytodégradation, qui concerne les polluants organiques résistants à la dégradation naturelle : hydrocarbures aromatiques polycycliques, solvants chlorés,… La luzerne, grâce à son système racinaire très développé, et surtout grâce à ses bactéries symbiotiques, est particulièrement efficace.
- la phytovolatilisation, qui concerne certains polluants organiques de faible masse moléculaire (trichloroéthylène) ou certains minéraux (sélénium). Ils passent dans la sève des plantes, puis sont évacués dans l’atmosphère au niveau des feuilles.
Interview de Jean-Louis Morel, de l’UMR Sols et environnement de Nancy.
Par Pascale Mollier / Mis à jour le 07/06/2013 / Publié le 02/05/2013 / © inra
Médailles de l'innovation CNRS 2014
L'ANR se réjouit de voir Claude Grison récompensée
Spécialiste de la chimie " éco inspirée ", Claude Grison recevra le 18 juin prochain la médaille CNRS de l'innovation 2014 pour ses travaux sur la dépollution des sols miniers grâce à l'utilisation des plantes. En 2011, elle a été soutenue par l'ANR pour un projet portant sur la valorisation chimique et le recyclage vert des déchets miniers. L'agence se réjouit de voir ses travaux récompensés.
La phytoremédiation consiste à épurer les sols contaminés
La réhabilitation des terrains, peut se faire d’une manière naturelle, écologique. Ainsi, le processus de phytoremédiation consiste à épurer les sols contaminés, les cours d'eaux ou l'air au moyen de végétaux pouvant contenir, dégrader ou éliminer les métaux, pesticides, solvants, explosifs, pétrole brut et ses dérivés ainsi que des polluants divers des milieux où ils se trouvent. C'est une technique propre, efficace et bon marché qui préserve l'état naturel de l'environnement, contrairement aux procédés nécessitant l'excavation du sol.
Claude Grison vient de démontrer que certaines plantes capables de décontaminer un sol pollué peuvent être recyclées et devenir de précieux ingrédients pour la science. Rencontre avec une chimiste " éco-inspirée ".
" C'est un cercle vertueux : la chimie peut devenir moins polluante grâce à l'écologie, et la chimie offre des débouchés économiques à l'écologie. "
Chimiste de formation, Claude Grison s'est intéressée un peu par hasard à l'écologie, quand des étudiants de l'université Montpellier 2, où elle enseigne, sont venus la consulter sur une problématique inédite : pourrait-on réparer les dégâts causés par l'homme sur des sites miniers grâce aux plantes ? " En me penchant sur cette question, j'ai découvert que certaines espèces végétales sont capables de supporter la pollution, par exemple sur des sites miniers. Non seulement elles résistent à la toxicité du sol, mais elles sont capables d'en extraire les éléments métalliques et de les stocker dans leurs feuilles. C'est ce qu'on appelle la phytoextraction, un phénomène 100 % naturel ", nous explique-t-elle.
Convaincue que ces plantes " métallivores " peuvent jouer un rôle clé dans la décontamination des sols pollués, Claude Grison persévère, motivée par un double constat. " À l'heure actuelle, il n'existe aucune solution écologique pour dépolluer des sites contaminés par les opérations minières. Par ailleurs, les ressources métalliques sont limitées et finiront un jour par s'épuiser. Or, elles sont indispensables à l'industrie chimique qui s'en sert comme catalyseurs, pour synthétiser des médicaments par exemple. ". La scientifique pressent qu'un cercle vertueux peut se mettre en place et elle décide de prouver que la phytoextraction a une valeur économique en plus de son potentiel écologique.
C'est à Saint-Laurent-Le-Minier, dans le Gard, et en Nouvelle-Calédonie qu'elle mène ses premières expériences. Un travail de longue haleine, car il faut observer le terrain pour identifier les plantes adéquates avant de réintroduire de la végétation. " Chaque site est différent et il faut respecter à 100 % la biodiversité locale. La dépollution est un phénomène lent, qui peut durer 50 ans sur certains sites. Heureusement, notre action a aussi un impact à court terme : en réintroduisant de la végétation, on peut limiter l'érosion du sol et éviter que le vent ou la pluie n'éparpillent des éléments métalliques autour du site, avec des conséquences sanitaires et environnementales très préoccupantes. ".
Il aura fallu une année entière à Claude Grison pour relever son défi : produire des catalyseurs chimiques à partir de feuilles contaminées issues de sites miniers. Un premier succès couronné par un brevet du CNRS. Aujourd'hui, elle en compte douze à son actif. " Les résultats sont allés au-delà de nos espoirs, se réjouit-elle. Les catalyseurs obtenus grâce à la phytoextraction sont meilleurs que les catalyseurs traditionnels, car ils sont plus actifs. Et ils sont recyclables, ce qui permet de développer des procédés chimiques éco-responsables, sans impact négatif sur l'environnement. ". Autrement dit, une petite révolution verte dans le monde de la chimie. " La chimie peut être propre et bio-inspirée, nous avons inversé la tendance ", résume Claude Grison.
Les industriels s'intéressent déjà à ces éco-catalyseurs, comme l'entreprise Chimex - une filiale du groupe L'Oréal - et le fabricant de cosmétiques japonais Takasago. " C'est un cercle vertueux : les efforts en écologie et en phytoextraction sont longs et coûteux, et si les industriels de la chimie n'étaient pas motivés par la valeur économique de ces plantes, nous n'aurions pas les fonds nécessaires pour mener de tels programmes de dépollution. C'est le principe de l'économie circulaire : la chimie donne les moyens à l'écologie d'avancer, et grâce aux efforts de l'écologie, nous pouvons innover en chimie ", conclut Claude Grison.
Et la phytoextraction pourrait avoir d'autres débouchés intéressants, comme la destruction de pesticides toxiques ou la synthèse d'insecticides naturels. Désormais à la tête d'un laboratoire mixte - 50 % de chimistes et 50 % d'écologues -, Claude Grison va continuer de décloisonner la science, une démarche qu'elle juge indispensable à la transition écologique. " La chimie et l'écologie ne sont pas opposées, au contraire.
"Les exploitations minières intensives et les activités industrielles métallurgiques sont à l'origine d'une forte pollution des sols, par des métaux lourds qui sont parmi les plus nocifs et ne sont pas biodégradables", explique la chimiste Claude Grison, professeur à l'université Montpellier-II, qui dirige le programme. Sur l'ancien gisement minier, d'où le vent et les pluies dispersent les poussières toxiques dans l'environnement, les cultures sont interdites. Deux enfants du voisinage sont atteints de saturnisme. Plus généralement, les polluants métalliques ont des effets délétères sur le système nerveux, les reins, les poumons et les tissus osseux.
D'où les espoirs suscités par les trois variétés de plantes "hyperaccumulatrices" de métaux lourds, dites aussi "métallophytes" : Noccaea caerulescens, Anthyllis vulneraria et Iberis intermedia. Celles-ci sont capables de piéger dans leurs feuilles des quantités phénoménales d'éléments métalliques, atteignant 7 % à 8 % de leur masse sèche. "Une folie végétale et chimique", commente la chercheuse.
Le programme développé est une approche des interactions intimes qui se sont développées entre une bactérie métallicolle, Mesorhizobium metallidurans, et les nodosités racinaires d'une plante hôte soumise à un fort stress métallique, Anthyllis vulneraria. et de noccaea caerulescens.
Le projet est le fruit de la collaboration de laboratoires de recherche publique, semi-publique et d'une société privée qui ont choisi de conjuguer leurs compétences en phytoextraction dans la réhabilitation écologique durable de sites miniers gardois et néo-calédoniens. Dans chaque cas, le programme de revégétalisation intègre le respect de la biodiversité locale. Les déchets végétaux et métalliques associés sont directement valorisés et transformés en catalyseurs verts. Ces derniers seront ensuite dispersés et stabilisés sur les déchets miniers divisés. Ces systèmes polymétalliques originaux servent de catalyseurs hétérogènes dans des transformations synthétiques permettant l'accès à des molécules à haute valeur ajoutée (molécules plates-formes aromatiques, hétérocycles et oligomères d'intérêt biologique, structures cycliques chirales, grands intermédiaires de la chimie industrielle …). La conception des procédés permet le recyclage par simple filtration; elle est également adaptée aux nouvelles contraintes réglementaires, économiques et constitue une solution concrète à la criticité des matières minérales non-renouvelables.
L'ensemble du programme scientifique est réalisé en association étroite avec les acteurs locaux, issus des collectivités et des structures étatiques. Il fait également l'objet d'actions de valorisation soutenues auprès de groupes industriels aux domaines d'applications complémentaires (Ecologie de la restauration, industries minière et chimique).
La chimie peut devenir moins polluante grâce à l'écologie, et la chimie offre des débouchés économiques à l'écologie. "
© CNRS - Claude Grison
Recherches écologiques post-mines sur le site des Avinières
CEFE
ELISOL Environnement
Sites internet
https://www.google.fr/search?q=+Claude+Grison&ie=utf-8&oe=utf-8&gws_rd=cr&ei=lXPEVrmTEsz_aNHDsKAO
https://livingcircular.veolia.com/fr/heros/claude-grison-une-revolution-verte-dans-la-chimie
Vidéos
https://www.youtube.com/watch?v=4iLNsDVknos
http://www.universcience.tv/video-des-plantes-pour-la-chimie-verte-7831.html
CNRS et Univ. Montpellier II, Montpellier
Dans le Gard, sur la commune de Saint Sébastien d'Aigrefeuille, se trouvent stockés les déchets d'une ancienne mine de plomb et de zinc qui, sous l'action des pluies, déversent de grandes quantités d'arsenic dans le Réigous, un ruisseau de la région. Marc Leblanc, chercheur au CNRS, analyse les eaux contaminées, essaie de comprendre les réactions chimiques complexes qui s'y produisent et recherche des solutions pour réduire ou supprimer cette pollution. Il met ainsi en évidence le rôle de bactéries aérobies qui catalysent les réactions de précipitation du fer et de l'arsenic et contribuent ainsi à limiter la pollution. Ces bactéries seraient une forme mutante de thiobacillus feroxidans.
Générique : Auteur-réalisateur : RAULET Michel Auteur scientifique : LEBLANC Marc (Géofluides, Bassins, Eau, UMR CNRS et Univ. Montpellier II, Montpellier) Production : CNRS AV
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