par les plantes

Phytoremédiation et phytorestauration

 Depuis l’antiquité grecque et romaine, on a utilisé les plantes pour limiter les déchets humains. Du tas de compost en passant par la lagune plantée, un immense chemin a été parcouru jusqu’aux plantes dépolluantes OGM d’aujourd’hui.  A la fin du XVIème siècle, Césalpin (Andrea Cesalpino), un savant italien remarquable tant par ses travaux en médecine, en philosophie, qu’en botanique découvre une plante dont il remarque qu’elle pousse dans des roches particulièrement riche en métaux, Alyssum bertolonii dont il n’imagine pas qu’elle sera étudiée durant 130 ans, jusqu’en 1948 pour sa capacité d’accumulation des métaux lourds dans ses tissus, et ce en plus grande concentration que dans le sol où elle croît. C’est la première hyperaccumulatrice  identifiée, et ce n’est qu’à partir des années 1970 que ce type de plantes sera employé à la décontamination des milieux.

( voir aussi l'article "lagunage")

Phytoremédiation

La phytoremédiation est la décontamination par les plantes des sols, de l’eau et parfois de l’air pollué par des métaux lourds, hydrocarbures, toxines ou encore composés radioactifs.

On distingue différents modes d’épuration en fonction du type d’action des végétaux impliqués :

Phytoextraction :

C’est l’extraction des matières indésirables par l’intermédiaire d’une plante dont on prélèvera ensuite les parties où elles sont stockées .

Principalement employée contre les métaux lourds et les particules radioactives (Sélenium, Cobalt et Uranium notamment). Les plantes sélectionnées pour leur résistance et leur capacité d’accumulation -on parle d’hyperaccumulateurs(-trices)- vont piéger dans leurs parties récoltables les polluants extraits de leur milieu qui, après fauchage à maturité, incinération et stockage des cendres en zone sécurisée, pourront éventuellement être retraités, présentant ainsi un intérêt économique non négligeable par la combustion opérée et le produit recyclé récupéré.

Généralement, les métaux lourds extraits par la plante seront stockés dans leurs vacuoles,

mais aussi parfois dans l’apoplasme selon certaines études encore en cours. Néanmoins, les organes de stockage principal ne sont pas toujours les même chez les différentes plantes, il peut s’agir des racines, des tiges, des feuilles principalement, mais aussi de la sève, des graines ou des bourgeons .

On remarque que les espèces présentent souvent une prédilection pour tel ou tel métal, et qu’il est généralement nécessaire de planter différentes essences pour dépolluer totalement un site. La culture est renouvelée jusqu’à obtention de taux acceptables dans le milieu.

Il est important de noter que seuls les métaux solubles seront biodisponibles, c'est-à-dire assimilable par les végétaux, et il arrive parfois que l’on soit obligé d’ajouter un chélateur (« agent transformateur ») pour que les ions métalliques soient libérés et libres d’absorption.

Une plante particulièrement étudiée, le Tabouret bleuâtre (Thlaspi caerulescens) a résolu ce problème en acidifiant elle-même le sol où elle pousse, se gavant littéralement de zinc qui, une fois dans ses tissus, protègera ses organes de la consommation par ses prédateurs herbivores de prédilection.

Parmi les exemples de phytoextraction, on peut citer celui de l’île aux corbeaux, au Québec, où un ancien site d’enfouissement de batteries est dépollué de son Zinc et de son Manganèse par des algues, ou encore les plantations de Tournesol dans la région de Tchernobyl en Ukraine contre le Cesium-137 et le Selenium.

Phytovolatilisation :

C’est la décontamination d’un milieu par des plantes dont l’action principale sera de capter les polluants et de les transformer ou de les transporter pour finalement les  évacuer par transpiration.

Dans certains cas, c’est la grande capacité d’évapo-transpiration du végétal qui est mise à contribution. Ainsi, des travaux US sur le genre Populus (peuplier) démontrent son efficacité dans la volatilisation du TCE (trichloréthylène) à hauteur de 90 à 96 %, neutralisé par sa transformation dans l’arbre. Il faut dire qu’avec la transpiration de 189 à 1134 l d’eau par jour, l’arbre a un métabolisme très élevé.

Phytodégradation :

 Il s’agit de la décontamination d’un milieu grâce à l’action dégradante des plantes cultivées sur les polluants. On appelle aussi ce procédé phytotransformation. Les plantes phytodégradantes absorbent donc les polluants, les dégradent, puis les volatilisent après les avoir transformés en composés moins toxiques.

C’est un processus utilisé notamment dans la gestion d’effluents organiques, des hydrocarbures*, des molécules complexes de produits phytosanitaires mais aussi des contaminations par des souches virales ou bactériennes. C’est le plus souvent l’action conjuguée des plantes et des bactéries (Pseudomonas, Xannthomonas…) et champignons à mycorhize (Aspergillus, Pennicilium, Pleurotus…) présents dans la rhizosphère qui  permet une efficacité optimale de cette méthode. En effet, les principaux acteurs sont aussi les plus petits : les bactéries et l’Hyphae des champignons (les  éléments du mycelium) qui pour les premiers dégradent les molécules grâce à des enzymes, et pour les seconds les adsorbent pour les rendre assimilables par les plantes. Cependant, leur action est considérablement améliorée lorsqu’elle se déroule au sein de la rhizosphère, les plantes produisant au niveau de leurs racines des nutriments carbonés à forte valeur énergétique tels les sucres, des acides aminés, des alcools mais aussi, comme dans le cas de la phragmite de l’Oxygène indispensable aux bactéries aérobies. Précisons en outre que les racines contribuent physiquement en tant que support massif à créer un milieu favorable à cette association.

Parmi les exemples de plantes phytodégradantes, en voici une sélection éloquente :

-Le maïs (Zea mais, poacées) est capable de dégrader les hydrocarbures dans sa rhizosphère

-Le Vetiver ( Chrysopogon zizanioides, poacées) est planté dans de nombreuses régions méditerranéennes, tropicales et subtropicales pour son action contre l’érosion ; mais on met aussi à profit son incroyable résistance à l’Atrazine (un herbicide très polluant) et sa capacité à briser la molécule avant rejet de composés inoffensifs par transpiration  avec une efficacité redoutable.

-Le piment (Capsicum annuum) et la coriandre (Coriander sativum) contribuent à éliminer le Lindane (pesticide mortel) en stimulant l’action des bactéries et en assimilant le produit transformer pour en éliminer rapidement 70% pour le piment et 86% pour la coriandre.

-La Jacynthe d’eau (Eichornia crassipes) élimine presque à 100% la Lambdacyhalotrine (Pyréthrinoïde de synthèse) d’insecticides comme le Karate ou l’Interteon.

Des travaux sont en cours sur des végétaux OGM

*On constate que les plantes peuvent pour la plupart supporter une concentration de 7T/ha d’hydrocarbures dans leur sol

Phytofiltration

Synonyme de rhizofiltration. C’est dans ce cas le piégeage des polluants dans les racines des végétaux. Peut s’ensuivre une dégradation lente, sans qu’elle soit pour autant effectuée par les végétaux eux-mêmes. Le produit piégé se dégradera « naturellement » mais n’aura pas migré entre-temps vers les eaux de consommation, les zones de pâturage ou les zones sensibles.

Il s’agit le plus souvent de bandes enherbées (riparian corridors) ou végétalisées (roseaux, laîches, saules…) pour bloquer les écoulements de produits phytosanitaires, notamment sur des aires de rinçage. Selon les types d’effluents, elles pourront être créées directement sur le sol ou bien dans un milieu clos, mais toujours avec de la terre et-ou du sable.

Phytorestauration

C’est le retraitement des eaux usées par l’intermédiaires de filtres plantés. L’eau en sortie de ce ou ces filtres est dépolluée et peut être rejetée dans le milieu naturel.

Les premières traces de phytorestauration datent de l’antiquité, mais ce sont les scientifiques allemands qui, dans les années 1950, analysèrent que ce sont essentiellement les bactéries présentes dans la rhizosphère qui dépolluent l’eau. En France, c’est le CEMAGREF (institue de recherche et d’ingénierie de l’agriculture et de l’environnement) qui a étudié dans les années 1980 les premiers systèmes de filtres fins plantés de roseaux.

L’eau, après un dégrillage ou le passage dans une fosse septique, et rejetée dans une série de lagunes comportant un substrat minéral (pouzzolane, gravier ou ballast)  et des végétaux (macrophytes). Dans certains systèmes, on trouve une lagune non plantée où viennent se développer naturellement des algues unicellulaires (microphytes). En fin de cycle, l’eau est réutilisée ou rejetée dans la nature ou une zone valorisable (par exemple une bambouseraie).

La vedette incontestée du lagunage est le roseau commun (Phragmites australis). Cette plante, très robuste, a de nombreux avantages :

elle présente un système racinaire profond, rare chez les espèces aquatiques

par son développement, elle limite la formation d’une couche colmatante en surface causée par l’accumulation éventuelle de MO (Matière Organique)

Par la minéralisation poussée de la MO, elle favorise le développement de micro-organismes cellulolytiques

En maintenant de l’ombre en été, elle permet le maintien d’une hygrométrie constante dans le substrat non submergé et ainsi la  stabilisation d’une bonne population bactérienne

Par leur volume racinaire, elles accroissent la surface de fixation des micro-organismes, les tissus racinaires et leur exsudat offrant une niche plus accueillante que le substrat seul

Leur intégration paysagère est impeccable

Elles possèdent un tissu particulier, l’aérenchyme, qui permet de transférer l’oxygène des parties hautes vers les rhizomes afin de se développer même en milieu asphyxiant.

Elles ont en outre une bonne tolérance aux alternances de périodes sèches et humides.

(Article en cours de rédaction, voir aussi l'article "lagunage")

L'énorme avantage réside dans l'aspect général: le lagunage, en plus d'être un bon moyen de filtration, peut aussi présenter des qualités esthétiques tout aussi attrayantes qu'un bassin ou un massif de vivaces.
On l'emploie actuellement pour les piscines écologiques (ou biologiques) ainsi que pour des bassins dits écologiques aussi.
Vous trouverez plus bas des informations sur le lagunage dans l'assainissement et l'agriculture.

Le principe de fonctionnement:

L'eau pompée dans le bassin passe par une zone de faible profondeur, sous forme de rivière lente,ou de marais, constituée d'un substrat neutre et de plantes souvent qualifiées de filtrantes (en fait, toutes les plantes supportant de vivre dans l'eau peuvent y être placées). Ces plantes absorbent les nitrates et oxygènent l'eau tout en faisant office de filtration physique en piégeant les matières en suspension dans leurs tiges ou leurs racines qui jouent avec le substrat le rôle de tamis ou de crépine.
Un concept, le plus basique, consiste à entourer la zone à traiter d'une lagune suffisante, et ne fait pas appel au mouvement de l'eau, donc ne nécessite pas de pompe. C'est le système le plus économique, et son efficacité est plutôt satisfaisante.

Un ouvrage à conseiller: Piscines écologiques de la conception à la réalisation, éditions ULMER. Quelques coquilles sur le nom des plantes et une traduction de l'allemand parfois approximative, mais des explications précises, valables, et très faciles d'accès.

 

Règles de base:

-Le lagunage doit représenter, sur 30 à 60 centimètres de profondeur maximum, l'équivalent du tiers du volume du bassin à filtrer. Certains concepteurs proposent une profondeur supérieure, qui ne me semble pas indispensable à l'efficacité de l'aménagement.

-pour éviter l'engorgement, le substrat doit être aussi minéral que possible: uniquement pouzzolane, ou bien encore dragée et pouzzolane, avec la granulométrie la plus fine sur le dessus. On procédera ensuite à un entretien annuel consistant à enlever le surplus de plantes en prenant soin de laisser un maximum de substrat dans le lagunage.

-L'eau doit circuler, mais lentement sur la majeure partie de l'aménagement. En créant une rivière, même petite, à la fin du circuit avec, pourquoi pas une cascade, on augmente l'oxygénation indispensable à un bon équilibre. Il arrive que certains aménagements prévoient une circulation par en-dessous, par l'intermédiaire de drains munis de crépines, parfois en mettant le bassin et le lagunage en rapport sur toute leur longueur.
Pour information, on considère que le volume complet du bassin doit  être passé par le filtre toutes les trois heures pour qu'il reste propre. Ainsi, pour un bassin de 3 m3, prévoir une pompe qui pourra faire  passer 1m3/heure, pour un bassin de 12 m3, elle devra avoir une capacité de 4m3/heure  au minimum, etc...

-le choix des végétaux est très large. Il sera fonction des visées esthétiques autant que du besoin de filtration. Ainsi, pour un lagunage destiné à l'épuration des eaux usées, la Phragmite (roseau commun), qui a une bonne biomasse et une extension rapide fera très bien l'affaire, avec une très faible profondeur d'immersion (attention à ne jamais laisser d'angles droits ou obtus, elle percerait la bâche, même les plus solides), mais dans un jardin, autour d'une pièce d'eau, on y préfèrera sagittaires, Ranunculus, hippuris, plantes flottantes et glycéries panachées... Les zones de berge et de faible profondeur pourront être meublées avec des vivaces "classiques", telles Iris, salicaires, hémerrocalles, gunneras, etc...
Parmi les plantes les plus intéressantes en lagunage, citons:

 
Cyperus longus,
Scirpus lacustris,
Sagittaria sp. (bonne action contre les phosphates)
Carex
Juncus sp.
Phalaris arundinacea
Phragmites australis ( le cultivar 'variegata' à feuillage panaché jaune est très joli)
Menyanthes trifoliata ,
Miscanthus sp. (pour les berges)
Glyceria maxima variegata
Pontederia  sp
Saururus cernuus (au feuillage très parfumé rappelant le vétiver)
Iris pseudacorus, versicolor et chrysographes
Oenanthe aquatica, et les cultivars 'variegata' ou 'flamingo'
Ranunculus flammula et lingua
Typha (massettes) sp.
Les plantes flottantes en général, telles laitue, aloes et jacinthe d'eau
etc...


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  Lagunage agricole:

En matière d'agriculture, le lagunage est essentiellement employé à deux usage:
* le retraitement des effluents d'élévage (bovins et porcs essentiellement)
* l'épuration des eaux de rinçage des pulvérisateurs après traitement phystosanitaire (fongicides, pesticides...).
Le CEMAGREF a lancé diverses études sur ce sujet, mais il est à noter qu'actuellement les process privilégiés sont ceux proposés par les fournisseurs de produits phytosantaires eux-même, qui ne sont pas très emballés par l'idée de la lagune végétalisée sur laquelle ils n'ont aucun profit à faire.
Le procédé reste simple, constitué d'une à trois lagunes selon le type d'eaux à retraiter, avec un entretien limité consistant en un faucardage (fauchage des parties herbacées) annuel et d'un arrachage de plantes excédentaires à partir de la troisième année.
Les résultats des études sont donc longs  à venir, peu communiqués, et les chambres d'agricultures sont souvent frileuses pour proposer ces techniques, car peu motivées. Néanmoins, on constate un certain essor, lié à la satisfaction de ceux qui emploient cette pratique et au faible investissement financier que cela représente sur une exploitation.
Voici quelques liens techniques disponibles pour le retraitement des effluents phytosanitaires ou organiques:

Liens:

Pour l'élevage:

http://www.inst-elevage.asso.fr/html28/IMG/pdf/maitrise_pollutions_04_Coillard.pdf

http://www.rennes.inra.fr/umrsas/content/download/3300/38282/version/1/file/lisierfrais_pr_loudeac2007.pdf

Assainissement  individuel et collectif:

Quelques données, énormément de méthodes plus ou moins identiques. On part généralement sur 5 à 10m² d'emprise au sol par équivalent habitant, selon que l'on retraite uniquement les eaux grises ou non.
Majoritairement, on constate l'emploi de phragmites et de typhas, en complément d'une ou plusieurs lagunes bactériennes, et parfois l'utilisation de bambous ou d'autres végétaux ornementaux, ligneux ou non, au stade ultime. Les assainissements individuels sont généralement garnis d'une plus grande variété de végétaux, ceci afin de mêler l'intérêt esthétique à l'utilité du dispositif.

A notre niveau, nous proposons un petit dispositif de filtration autonome des eaux grises, disponible pour les professionnels et les particuliers.

Liens:

http://www.notre-planete.info/actualites/actu_1542_station_epuration_vegetale_Vezins.php

http://www.caue-mp.fr/uploads/documents/cauehr/Lag-nat.pdf

http://www-old.cemagref.fr/informations/actualites/epuration/lagunefiltre.pdf 

http://www-old.cemagref.fr/informations/actualites/Actu/epuration/FPR-Eaux1.pdf

http://ec.europa.eu/environment/water/water-urbanwaste/info/pdf/waterguide_fr.pdf

http://www.iewonline.be/IMG/pdf/Epuration_simple.pdf

http://www.ulb.ac.be/ceese/AUE/Textes/lagunage.pdf

http://www.eau-rhin-meuse.fr/tlch/procedes_epuration/F11_filtres%20plantes_de_roseaux_a_ecoulement_horizontal.pdf

http://www.eau-rhin-meuse.fr/tlch/procedes_epuration/F07_lagunage_naturel.pdf

Noter aussi ce document extrêmement instructif publié par la communauté lilloise:

http://www.localiban.org/IMG/pdf/FEAP.pdf

Plantes
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Poissons