Phytoremédiation d’un sol contaminé par des contaminants organiques et inorganiques

Le nombre important de sites contaminés au Québec (Canada) et partout dans le monde est une problématique de santé publique majeure en raison des risques toxicologiques qu’ils présentent pour la santé humaine et environnementale. Dans la municipalité de Varennes (Québec, Canada), située sur la rive sud de l'Île de Montréal, les activités d’une ancienne usine pétrochimique (Pétromont Inc.) ont conduit à l’accumulation de concentrations modérées à élevées d’éléments traces métalliques (ETMs), de biphényles polychlorés (BPCs), d’hydrocarbures pétroliers aliphatiques (C10-C50) et d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sur les terrains de la compagnie. En 2010, une culture intensive de saule sur courtes rotations (CICR) a été établie sur le site, afin d’y conduire une expérience de phytoremédiation à grande échelle. Bien que cette plantation de Salix miyabeana ait été implantée dans une optique d'assainissement, aucun effet significatif n'a été signalé sur la concentration des contaminants du sol au cours des premières années de croissance. Les processus d'assainissement basés sur l’utilisation de végétaux peuvent être difficiles à prévoir en milieux naturels et nécessitent des améliorations afin d'en augmenter leur efficacité. La fertilisation des sols avec des amendements organiques, ainsi que la manipulation du microbiome végétal, sont deux techniques agronomiques couramment utilisées pour la gestion des cultures traditionnelles, afin d’augmenter la production de biomasse et améliorer la santé générale des végétaux. Ces approches peuvent également influencer la mobilité et la biodisponibilité de certains composés du sol. Puisque de telles modifications sont connues pour avoir le potentiel d’améliorer considérablement l’efficacité des végétaux à éliminer ou à transformer certains contaminants du sol, ces deux techniques agronomiques présentent un intérêt grandissant dans le domaine de la phytoremédiation. Cette recherche doctorale vise donc à améliorer les connaissances scientifiques dans le domaine de la phytoremédiation appliquée à grande échelle en abordant certains aspects qui touchent à ces deux approches agronomiques. En utilisant la plantation de saules déjà établie, une première étude a été réalisée afin d’évaluer l’impact d’un amendement de sol organique sur l’efficacité phytoremédiatrice des deux cultivars de saules (‘SX61’ et ‘SX64’). À l’intérieur de cette plantation, le sol de certaines parcelles expérimentales a été recouvert de bois raméal fragmenté (BRF) de saules, combiné, ou non, avec du substrat de champignons épuisé (SCE) de Pleurotus ostreatus. Après trois saisons de croissance, les résultats ont montré que l’ajout de SCE au BRF n’avait eu aucun effet sur la croissance des saules, ainsi que sur leur efficacité à extraire ou à réduire la concentration des contaminants présents sur le site. Les résultats suggèrent néanmoins que le BRF contribue à immobiliser certains HAPs dans le sol, en plus d’augmenter l’efficacité des saules à phytoextraire le Zn. La présence de saules semble avoir réduit de façon significative l’atténuation naturelle des C10-C50 sur le site. De plus, les concentrations de BPCs, de Cd, de Ni et de dix HAPs, ont montré des oscillations saisonnières, ce qui suggère que l’évapotranspiration qui a lieu à l’intérieur de la plantation de saules provoque un important flux d'eau et de contaminants solubles en direction des racines. Ainsi, la concentration de certains contaminants pourrait avoir tendance à augmenter à l’intérieur d’une dense plantation de saules au fil du temps. Une deuxième étude a été réalisée à l’intérieur de cette même plantation, afin de vérifier si les augmentations de concentration observées précédemment pouvaient être liées à l’évapotranspiration qui a lieu à l’intérieur d’une plantation de saules. Dans l’optique d’éliminer l’effet de transpiration, des coupes de saules ont été effectuées dans certaines parcelles de la plantation, puis les concentrations des contaminants organiques et inorganiques ont été suivies au fil du temps (24 mois), et comparées avec celles observées dans les parcelles non coupées. Les résultats obtenus ont montré que l'élimination des saules avait bel et bien limité l'accumulation de certains contaminants à la surface du sol, tels qu’observé dans les parcelles non coupées. Ces résultats suggèrent donc encore une fois que la culture intensive de saules à courte rotation peut entrainer une migration de certains contaminants en direction des racines et ainsi augmenter leurs concentrations à la surface du sol près des zones racinaires. Très peu d’études ont rapporté des résultats qui semblent contredire les multiples avantages de purification qui sont habituellement mis de l’avant en phytoremédiation. Toutefois, de tels effets sur la mobilisation des contaminants pourraient être pertinents et souhaitables dans un contexte de gestion du risque. La troisième et dernière étude présentée dans cette thèse explore la diversité des communautés microbiennes associées aux racines des deux cultivars de saules établis sur le site expérimental depuis plusieurs années (six années). Des études antérieures ont permis d’en apprendre davantage sur la composition du microbiome racinaire et rhizosphérique du saule poussant en milieux contaminés, mais la plupart de celles-ci ont été menées sur des individus relativement jeunes. Par conséquent, peu d’information existe concernant les associations microbiennes des individus plus âgés qui ont été établis en milieux contaminés. La caractérisation des communautés fongiques, bactériennes et archéennes a permis de montrer des différences de composition entre les deux cultivars de saules, ainsi qu’entre leurs compartiments (i.e. racines et rhizosphère). Certains groupes taxonomiques, appartenant à chacun des trois domaines, se sont démarqués, de par leur abondance, ou par leurs fonctions écologiques déjà connues et potentiellement bénéfiques pour la survie des végétaux, ou pour augmenter la dégradation et l'extraction de divers contaminants. Cette étude fournit donc de précieuses informations qui pourront servir à l’amélioration de certaines approches d'ingénierie du microbiome favorisant l'établissement, la survie, la croissance et les performances d’assainissement de Salix spp. établis en milieux contaminés. L’ensemble des résultats présentés dans cette thèse ont permis d’alimenter différentes réflexions sur l’intérêt d’utiliser certains amendements organiques et de caractériser le microbiome racinaire et rhizosphérique des saules afin d’améliorer les pratiques et la mise en oeuvre de la phytoremédiation par des saules. Cette thèse met également en lumière un phénomène de migration des contaminants, influencé par la présence de plantes à croissance rapide, qui représente un obstacle pour l’évaluation des performances d’assainissement par des approches de phytoremédiation notamment par des saules.

Keyphrases: Salix, Pleurotus, Bois raméal fragmenté (BRF), Substrat de champignons épuisés (SCE), Microbiome, Phytoremédiation, Sol