Ces plantes qui dépolluent les sols

Le sol a un rôle fondamental dans le maintien de la vie sur terre. C’est le sol qui fournit l’eau et la nourriture dont les plantes ont besoin. Un grand nombre d’espèces qui vivent au sein de la terre assument des fonctions vitales pour le maintien de l’écosystème continental. Les bactéries, les champignons, les fourmis, les larves, les araignées, les vers de terre, les escargots et les rongeurs en font partie. Ces espèces existent en abondance dans le sol. Dans une couche de sol d’un hectare (10.000 m2) sur 30 cm, on trouve en effet près de 25 tonnes d’organismes vivants.

La conservation des sols est également une chose importante, et dont la valeur n’a été reconnue qu’assez récemment. Les sols sont aujourd’hui gravement pollués par des substances chimiques qui peuvent nuire aux espèces qui y vivent. Ces substances, qui sont toxiques, sont présentes à des niveaux plus ou moins élevés : excessif dans le cas du cadmium, de l’arsenic, du chrome, et du mercure ; moyen dans le cas du plomb, du nickel, du molybdène et du fluor ; et faible enfin dans le cas du bore, du cuivre, du manganèse et du zinc.

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L’origine de ces substances qui s’accumulent dans le sous-sol est diverse. La combustion des énergies fossiles, la fusion des minéraux, et quantité d’autres activités industrielles ont pour conséquence le rejet dans l’atmosphère de milliers de tonnes de substances toxiques. Les processus atmosphériques naturels les dispersent ensuite à grande échelle, de sorte qu’elles finissent par s’infiltrer dans le sol, avant d’être absorbées par les plantes. L’eau polluée, enfin, contamine le sol, provoquant des situations désastreuses tant pour la construction, l’environnement que la santé.

Le niveau de borax présent dans le sol, par exemple, est devenu très important du fait de l’utilisation intensive de détergents et d’engrais. Le superphosphate, qui est un type d’engrais, et le calcaire, qu’on trouve dans le sol, contiennent généralement de petites quantités de cadmium, de cuivre, de manganèse, de nickel et de zinc. Le cadmium et le chrome sont utilisés dans la production de revêtements métalliques ; le cadmium est également utilisé dans la fabrication des batteries. L’arsenic est utilisé dans la culture du coton, du tabac et des fruits comme insecticide et comme désherbant. Les produits contenant ces substances ayant été beaucoup plus consommés ces dernières années, elles ont été absorbées dans des proportions beaucoup plus élevées, que ce soit par le biais de l’air, de l’eau ou de la nourriture.

Néanmoins, une solution partielle – un procédé de bonification des sols par le biais de plantes – a été récemment développée, et présentée comme à la fois respectueuse de l’environnement et durable. Les recherches ont en effet montré que les plantes possédaient des propriétés importantes en matière de dépollution des sols, et des résultats significatifs ont été obtenus quant au mode de survie des plantes dans un environnement présentant une forte concentration de substances chimiques toxiques.

Les plantes : des nettoyeurs du sol bénévoles
L’utilisation de plantes pour éliminer les substances nocives pour l’environnement ou pour réduire leurs effets négatifs est appelé « phytoremédiation ». Dépolluer les sols par le biais de procédés d’ingénierie est une opération coûteuse. Or il se trouve que certaines espèces de plantes possèdent naturellement la capacité de concentrer dans leurs tiges, leurs pousses et leurs feuilles, des métaux lourds qu’ils puisent dans le sol tels que le zinc, le cadmium et le nickel. Ces parties récoltables qui concentrent les métaux lourds sont ainsi recueillies, réduites en volume, puis stockées pour une utilisation future.

Ces plantes accumulatrices sont notamment utilisées dans l’industrie minière. On appelle « bio-extraction » le procédé qui permet d’obtenir des minéraux par le biais de plantes qui poussent sur des sols pollués ou minéralisés et qui sont récoltées une fois qu’une quantité suffisante de minéraux a été accumulée dans leurs tissus. Elles sont alors mises en balles, incinérées et leurs cendres vendues comme minerai. On extrait ainsi entre 30 et 40 % de zinc des cendres du tabouret des bois (Thlaspi cærulescens), une plante qu’on cultive dans une plantation de Pennsylvanie riche en zinc.

Plantes dépolluantes : mode d’emploi
Un certain nombre de projets de recherche ont été lancés autour du tabouret des bois, dont les propriétés dépolluantes sont des plus utiles. Cette plante, qu’on fait pousser sur des sols contenant des taux élevés de zinc et de cadmium, est de la même famille que le brocoli et le chou. À l’aide de ses racines larges et finement ramifiées, elle puise les métaux lourds contenus dans le sol et les transfère vers sa tige avant de les stocker dans ses feuilles. Les plantes accumulatrices comme le tabouret des bois illustrent parfaitement le processus de stockage végétal des métaux et permet même de faire la lumière sur le système biologique en jeu ici. La structure biologique du tabouret des bois contient en effet des gènes qui permettent d’augmenter la solubilité des métaux lourds présents dans le sol et qui sont absorbés via les racines, et de produire des protéines qui assument le rôle d’intermédiaire dans ces transferts.

Alors qu’une plante classique a une capacité de stockage de 100 ppm (en grammes par tonne) de zinc et de 1 ppm de cadmium, celle du tabouret des bois peut aller jusqu’à 30000 ppm de zinc et jusqu’à 1500 ppm de cadmium. À partir de 1000 ppm de cadmium ou entre 20 et 50 ppm de zinc, les autres plantes présentent des signes d’empoisonnement. Que se serait-il passé si les plantes dont se nourrissent les diverses espèces animales avaient toutes été créées avec une capacité de stockage de métaux lourds aussi élevée que celle du tabouret des bois ?

En étudiant le mécanisme de stockage du zinc par le tabouret des bois, on a observé que certaines parties de la plante ont été stimulées dans le but de transférer le zinc. Alors que dans le cas des autres plantes, le décodage génétique des protéines chargées du transfert du zinc est régulé en fonction de leur teneur en métal lourd, dans le cas du tabouret des bois, la synthèse des protéines porteuses continue jusqu’à des teneurs en zinc très élevées.

Comment sont dépollués des sols radioactifs contaminés au césium ?
Des recherches menées sur des sols contaminés au césium-134 et césium-137 ont montré qu’une surface polluée par du césium-137 demeurait potentiellement radioactive même après réduction des effets de la pollution. Le phénomène s’explique principalement par le fait que césium-137 est un isotope radioactif de longue durée qui a une demi-vie de 32,2 ans.

La phytoremédiation est plus intéressante que les autres méthodes de dépollution, qui sont exigeants en énergie et donc coûteux. Le césium présent dans le sol n’est pas absorbé par la plupart des plantes ; il est par ailleurs dissous par les ions d’ammonium qui s’y trouvent.

Néanmoins, une plante de la famille des pattes d’oie, l’amarante réfléchie (Amaranthus retroflexus) s’est avérée quarante fois plus efficace pour la dépollution des sols contenant du césium radioactif. Les terres contaminées devraient ainsi être entièrement dépolluées en l’espace de quinze ans à raison de deux ou trois récoltes d’amarante réfléchie par an.

Une plante qui se nourrit d’arsenic
L’arsenic est utilisé dans la production de désherbants et d’insecticides qui agissent au niveau du sous-sol. Or on a découvert que la fougère nommée « Pteris vittata » a été créée avec la capacité de stocker l’arsenic. On s’est en effet rendu compte qu’elle contenait deux cents fois plus d’arsenic que le sol environnant, d’où il a été déduit qu’elle s’en nourrissait. Cette découverte devrait ouvrir de nouveaux horizons en matière de dépollution de terres agricoles, en particulier dans les zones industrielles et minières.

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Tout ceci montre donc, et de manière claire, que la terre est comme une grande usine, constamment en activité, ou encore une maison d’hôtes, qui sans cesse se vide et sans cesse s’emplit. La pollution, conséquence inévitable des activités humaines, est maintenue sous contrôle par les micro-organismes, les plantes et les animaux qui sont les porte-miroirs d’al-Quddûs, « le Très-Pur », l’un des attributs de Dieu Tout-Puissant. Les relations entre les êtres vivants et l’univers ont été si parfaitement ordonnées que chacun exécute à la perfection la fonction qui lui a été assignée.

Par Arif Uzunoglu, professeur de Génie Civil à Trabzon.

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Références
Brady N.C. & Buckman H.O., The Nature and Properties of Soils, Macmillan, 1990 [10e édition].
http://www.agclassroom.org/teen/ars_pdf/9earth/2000/06phytoremedation.pdf
Altunay B. (2006), « Biotechnology of the Environment », dans Sizinti 335, p. 526-528.

Magazine Octobre – Décembre 2014

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