Caractérisation de la colonisation spontanée par les plantes de sols pollués : rôle des systèmes cellulaires de détoxication

Spontaneous plant colonization of polluted soils : role of cellular defence systems|

• Auteur / Autrice : Marc Dazy
• Direction : Jean-François Férard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Toxicologie de l'environnement
• Date : Soutenance le 13/11/2008
• Etablissement(s) : Metz
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LIEBE - Laboratoire Interactions Ecotoxicologie Biodiversité Ecosytèmes - UMR 7146
• Jury : Président / Présidente : Lucien Hoffmann
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gwenola Gouesbet-Jan, Jean-Claude Leclerc, Jean-François Masfaraud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Déchets industriels -- Élimination

Sols -- Pollution par les métaux lourds

Mots clés libres

Enzymes antioxydants

Résumé

Nous avons étudié la colonisation végétale de sols de friches industrielles pollués par des hydrocarbures aromatiques polycycliques et des métaux lourds. Différentes approches ont été choisies dans le but de caractériser les premières étapes de la dynamique successionnelle végétale mais aussi de cerner les mécanismes cellulaires impliqués dans le phénomène de tolérance des plantes aux polluants. Des expérimentations en parcelles utilisant le sol de l ancienne cokerie de Neuves- Maisons ont permis de mettre en évidence l importance des banques de graines des sols et des pluies de graines dans l établissement d une communauté pionnière sur sol pollué. Le suivi de la flore des parcelles a permis d établir que la communauté pionnière, constituée de plantes annuelles et bisannuelles lors de la première année, est progressivement colonisée par les plantes pérennes et clonales dominant majoritairement lors de la seconde année. Par ailleurs, la comparaison de communautés se développant sur des sols témoin et pollué suggère une phytotoxicité du sol industriel conduisant à des pertes de richesse et diversité spécifiques. Néanmoins, ces différences semblent s estomper au fur et à mesure du processus de colonisation. Chez les plantes qui parviennent à survivre et croître sur sol pollué, les réponses anti-oxydantes sont sollicitées, confortant l hypothèse de leur rôle crucial dans le succès colonisateur des espèces étudiées. Toutefois, nous avons montré également que le succès de la colonisation pouvait résider également dans une production de graines plus tolérantes vis-àvis de la contamination.Par ailleurs, l analyse de transects au sein même de la friche industrielle d Homécourt, site d une ancienne cokerie, a apporté des éléments de réponse supplémentaires. Les résultats font apparaître une relation entre les descripteurs des communautés (richesse spécifique et indice de diversité de Shannon-Weaver) et les concentrations en Cd et Hg du sol. Par ailleurs, chez les espèces présentes le long des transects (Arrhenaterum elatius, Euphorbia cyparissias ou Tanacetum vulgare), les mesures des défenses antioxydantes et des teneurs en phytochélatines attestent d un stress lié à l exposition métallique. Toutefois, l abondance de ces espèces ne s est pas révélée être liée aux niveaux de contamination du sol. Il en résulte de des perspectives intéressantes en ce qui concerne les applications environnementales de ces résultats

We studied the revegetation of an industrial wasteland soil polluted by polycyclic aromatic hydrocarbons and heavy metals. Different approaches were chosen in order to characterize the first steps of a plant succession and to elucidate the cellular mechanisms involved in plant metal tolerance. Experiments on plots filled with a soil collected from the former coke factory site of Neuves-Maisons (54, France) highlighted the importance of soil seed banks and seed rains in the establishment of a pioneer community on a polluted soil. The study of the plots flora allowed us to prove that the pioneer community, essentially composed of annuals and biannuals during the first year, was gradually colonized by perennials and clonal plants which dominated the second successionnal year. In addition, the comparison of communities established on control and polluted soil suggested a soil phytotoxicity leading to losses of species richness and diversity. Nevertheless, such differences seemed to decrease progressively during the succession process. At last, in the species that survived and grew in the polluted soil, leaf antioxidant enzymes responded, confirming their putative crucial role in the colonization success of these species. However, we showed that this success could also be due to a production of seeds more tolerant toward soil contaminants. Moreover, the study of transects in the industrial wasteland of Homecourt (54, France), a former coke factory site, gave supplementary data, highlighting the relationship between community descriptors (species richness, Shannon-Weaver s diversity indice) and soil Cd and Hg concentrations. Moreover, for the species present along the transects (Arrhenaterum elatius, Euphorbia cyparissias or Tanacetum vulgare), the measurements of antioxidants defences and phytochelatin levels revealed a metallic stress. Nevertheless, the abundance of the species was not related to soil pollutant concentrations. The possible environmental applications of these results will be also discussed