Accumulation et translocation de cinq éléments traces dans la biomasse aérienne de végétaux d’intérêt dans un contexte de phytoremédiation

Abstract

Dans une optique de développement durable, la reconnaissance des services écosystémiques rendus par la nature a conduit à l’émergence de l’utilisation de systèmes végétalisés favorisant la réappropriation des secteurs urbains dévalorisés par la pollution, sur les plans environnemental, social et économique. Une contrainte importante associée à la végétalisation de terrains pollués est le risque de la présence de contaminants dans la biomasse aérienne. Lorsque la quantité d’éléments traces extraite est importante, leur accumulation par les plantes permet toutefois la phytoremédiation des terrains contaminés. Mon projet de maîtrise a été réalisé sous la forme d’un banc d’essai au cours duquel étaient cultivées en sol urbain contaminé, 15 espèces sélectionnées selon des intérêts écologiques, ornementaux, agro-industriels et de phytoremédiation. Le sol comportait une contamination mixte d’éléments traces (Cu, Zn, Se et Ag) et d’hydrocarbures aromatiques polycycliques. Du cadmium a également été ajouté afin de modéliser un élément mobile et toxique. Le premier objectif était de quantifier l’accumulation des éléments traces dans la biomasse aérienne; en termes de concentration relative ainsi qu’en termes de quantité réelle extraite (phytoextraction). Le second objectif était de caractériser les patrons de translocation dans les différentes parties aériennes, soit les tiges, les feuilles et les organes reproducteurs (fleurs ou fruits). Parmi le banc d’essai, certaines espèces étaient susceptibles d’être des hyperaccumulatrices de Se (moutarde) et de Cd (morelle et achillée millefeuille). Les résultats ont montré que l’accumulation et le patron d’allocation en éléments diffèrent fortement en fonction de l’espèce et de l’élément trace. Les trois espèces considérées comme hyperaccumulatrices se sont démarquées par leur capacité à accumuler le Se et le Cd. L’ensemble des espèces ayant produit des organes reproducteurs ont montré des mécanismes d’exclusion en allouant moins de Cd dans leurs fleurs ou fruits que dans les parties végétatives toutefois tous les organes comestibles étaient contaminés en Cd en concentration supérieure aux recommandations en vigueur. Une caractérisation des sols et de la contamination est donc essentielle lors de l’implantation de projets de verdissement ou d’agriculture urbaine afin de sélectionner les espèces appropriées.

Ecological services provided by nature has led to the flourishment of greening initiatives in urban areas as a means to sustainable development and for the reclamation of devalued polluted sectors in terms of environmental, social and economic perspectives. One impediment associated with such greening initiatives on polluted sites is the resulting contamination of aboveground plant material by trace elements. My research project consisted of a trial of fifteen species selected for their urban predominance, ecological relevance, edibility, prospective commercial use and phytoremediation potential. Species were grown for 15 weeks in a tunnel greenhouse, in pots filled with contaminated technosol containing polycyclic aromatic hydrocarbons as well as Cu, Zn, Se and Ag. The soil was also spiked with Cd as a model of highly hazardous and mobile trace elements. The prime objective was to quantify the accumulation of trace elements in the aboveground biomass in terms of relative concentration as well as true extracted quantities (phytoextraction). The second objective of the project was to determine translocation patterns within aboveground tissues: stem, leave and reproductive organs (flowers or fruits). Within the trial, some species were selected for their potential hyperaccumulation of Se (mustard) and Cd (wonder-berry and common yarrow). Our results indicated that accumulation and translocation patterns differed greatly according to species and trace elements. The potential hyperaccumulator species morel and yarrow as well as mustard stood out from other by their potential to accumulate Cd and Se respectively. Exclusion mechanisms were observed for Cd translocation within reproductive organs for all species that produced fruits or flowers, however all edible parts were above standard recommendations in terms of Cd concentration. Regarding these results, soil characterization and contamination should be an essential preliminary step before any greening initiative can take place, in order to select the appropriate species.