Mise au point d'un procédé associant bioaugmentation et phytoextraction pour le traitement de sediments viticoles riches en cuivre : mise au point au laboratoire et application en microcosmes

Implementation of a bioaugmentation-assisted phytoextraction process for the treatment of copper contaminated sediments coming from vineyard soils : lab set up and microcosm application

• Auteur / Autrice : David Huguenot
• Direction : Thierry Lebeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie des organismes
• Date : Soutenance le 06/07/2010
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale pluridisciplinaire Jean-Henri Lambert, ED 494 (Mulhouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Vigne Biotechnologie et Environnement

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phytorestauration

Plantes -- Teneur en cuivre

Plantes -- Biotechnologie

Mots clés libres

Cuivre

Phytoextraction

Bioaugmentation

Ingénierie écologique

Sorbants

Microcosmes

Copper

Phytoextraction

Bioaugmentation

Environmental engineering

Sorbents

Microcosms

Résumé

Les traitements phytosanitaires intensifs en viticulture, conjugués aux flux de ruissellement, se traduisent par l'arrivée de cuivre dans les bassins d'orage (BO). Des phénomènes de bioatténuation impliquant la microflore et les macrophytes s'observent, mais les niveaux d'épuration sont souvent faibles et variables. La phytoextraction du Cu est une technique intéressante in situ mais sa lenteur la pénalise. La bioaugmentation couplée à la phytoremédiation est une solution pour augmenter la vitesse d'extraction. L'étude a consisté à sélectionner un triplet «bactérie-plante-sorbant » afin d'extraire le Cu du sédiment et de réduire sa teneur dans les eaux en sortie de BO. Les trois composantes ont ensuite été assemblées dans des microcosmes remplis d'un mélange sable-sédiment reproduisant les caractéristiques d'un BO de référence. Sur 564 isolats bactériens cultivables, 84 ont montré une capacité à complexer les métaux et l'isolat n°l06 a été retenu pour sa capacité à complexer le Cu. Des trois macrophytes testés, Phragmites australis, espèce retenue dans la suite de l'étude, a accumulé le plus de Cu dans les parties aériennes. Enfin, la pulpe de betterave s'est révélée être le sorbant le plus efficace dans une matrice complexe et en présence d'herbicides. Des expériences en microcosmes, mettant enjeu le triplet sélectionné, ont été réalisées. La localisation de la pulpe de betterave en sortie de microcosmes a réduit de 20% les quantités de Cu exportées par les eaux en atteignant un abattement de 95%. La phytoextraction du Cu a été augmentée par 1,7 grâce à la bioaugmentation dans le cas d'un régime hydraulique semi-continu et d'une inoculation répétée de l'isolat n°106.

Intensive pesticides use in viticulture combined with runoff often result in amounts of Cu getting to storm basins (SB). Biological pesticide mitigation has been observed and related to the role of natural macrophyte together with their associated microflora. Nevertheless, low and variable mitigation levels are most often reported. Cu phytoextraction is a promising in situ technology but requires time. Bioaugmentation-assisted phytoextraction is a new technology that may enhance the phytoextraction rate. The study consisted in selecting the best "microorganism-plant-sorbent" association in order to extract Cu from sediments and mitigate Cu load in SB outlet waters. The association of these three selected components has been studied in SB-scaled microcosms filled with a sand-sediment mixture to a better understanding of the depollution process feasability. Among the 564 isolates extracted from SB sediments, 84 were able to complex metals and isolate 106 was selected for the process implementation on the base of its ability to complex Cu. On the 3 studied macrophytes, Phragmites australis accumulated more Cu in aerial parts. Finally, sugar beet pulp has been selected as the best Cu sorbant in mixture with herbicides and in a complex matrix. Microcosm experiments that associated the best three components were carried out. Results showed that sugar beet pulp located at the outlet of microcosms reduced significantly (20 %) Cu amounts in outlet waters to reach a mitigation rate of 95%. Cu extraction in aerial parts of P. australis has been improved by a factor of 1,7 thanks to an intermittent wate Joad, with drying and rewetting periods along with repeated inoculations.