Phytoremédiation de déchets chlorurés en respect de la biodiversité : Application au traitement des effluents industriels et des sédiments marins

Phytoremediation of waste contaminated with chloride with respect for biodiversity : Application to the treatment of industrial effluents and marine sediments

• Auteur / Autrice : Emmanuel Delattre
• Direction : Isabelle Techer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Structure et évolution de la Terre et des planètes
• Date : Soutenance le 03/12/2020
• Etablissement(s) : Nîmes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Risques et Société (Nîmes ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CHROME (Nîmes) - CHROME (Nîmes)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Laffont-Schwob
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Techer, Michel Mench, Jérôme Viers, Anne Poszwa, Corinne Le Gal La Salle
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Mench, Jérôme Viers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Strontium

Isotopes stables en biologie

Plantes aquatiques

Phytorestauration

Mots clés libres

Plantes aquatiques

Phytoremédiation

Chlorures

Traçage géographique

Isotopes du strontium 87Sr/86Sr

Préservation de la biodiversité

Aquatic plants

Phytoremediation

Chloride

Geographic recognition

Strontium isotopes 87Sr/86Sr

Biodiversity preservation

Résumé

Deux types de déchets salins ont été traités par la voie de la phytoremédiation : des effluents industriels et des sédiments marins. Le potentiel de trois espèces aquatiques, Phragmites australis, Typha latifolia et Juncus maritimus, pour traiter la charge en ions Cl- a été caractérisé pour différents stades de maturité au travers d’essais en laboratoire. Ces espèces ont montré d’excellentes capacités d’adaptation aux milieux chlorurés et en particulier pour un stade de croissance mature (plants âgés d’un an). La phytoremédiation des déchets considérés semble possible avec des abattements significatifs, que ce soit pour les effluents (50-95 % d’abattement en 40 jours) ou les matrices solides (5-30 % d’abattement en 80 jours). Les abattements mesurés sur les essais sur effluents s’expliquent principalement par des mécanismes de sorption des ions Cl-. Les végétaux ne jouant alors quant à eux qu’un rôle mineur via l’exportation de leur matière verte. Une expérimentation à plus grande échelle sur des sédiments marins dragués spécifiquement pour cette étude a été menée. Sur la période expérimentale étudiée, aucune croissance des végétaux n’a pu être observée ayant pour conséquence aucun effet de remédiation. Plusieurs causes ont été mises en évidence ou présupposées : la granulométrie des sédiments (vase), la canicule de 2019 ou encore la présence d’autres contaminants (SO42-, métaux/métalloïdes). Ces essais ont néanmoins permis de montrer que la phytoremédiation en procédé unique de gestion des sédiments marins fraichement dragués n’est pas adaptée. De nouveaux systèmes de phytoremédiation doivent donc être étudiés sur ces sédiments en combinaison avec différents procédés tels que le lessivage, l’osmose inverse ou l’évaporation. De plus, afin d’optimiser les capacités épuratoires des végétaux dans un procédé de phytoremédiation, il est nécessaire d’employer des espèces acclimatées et donc locales. Aucune méthode de traçage de l’origine géographique des végétaux aquacoles n’est aujourd’hui préconisée. Un outil de traçage basé sur le rapport isotopique du strontium (87Sr/86Sr) a été étudié vis-à-vis des différentes fraudes pouvant être observées dans ce secteur. La faisabilité de discriminer des aires géographiques a été évaluée par la comparaison de la signature isotopique de différentes productions à travers le monde (France, Allemagne, Hongrie, Chine). La caractérisation du cycle biogéochimique du Sr pour les plantes aquatiques a permis de mettre en évidence la contribution majeure de l’eau d’irrigation ainsi que celle des pratiques agricoles, justifiant des rapports isotopiques propres aux productions. La stabilité temporelle de cet outil a été confirmée au travers de la reculture de végétaux étrangers dans des conditions locales. Ainsi, les isotopes stables du strontium se révèlent être un outil précieux pour certifier l’origine géographique des végétaux aquatiques et mettre en évidence les fraudes communément observées dans ce domaine.

Two types of saline waste were treated by phytoremediation: industrial effluents and marine sediments. The potential of three aquatic species, Phragmites australis, Typha latifolia and Juncus maritimus, to treat the Cl-ion contamination was characterised for different stages of maturity through laboratory tests. These species showed excellent adaptation to saline environments and in particular for a mature growth stage (one-year-old plants). Phytoremediation of the waste considered seems possible with significant reductions, both for effluents (50-95% reduction in 40 days) and solid matrices (5-30% reduction in 80 days). The remediation rates measured in the effluent tests are mainly explained by Cl- ion sorption mechanisms. Plants then play only a minor role via the export of their green matter. A larger scale experiment was carried out on marine sediments dredged specifically for this study. Over the experimental period studied, no plant growth was observed, resulting in no remedial effects. Several causes were identified or presupposed: the granulometry of the sediment (silt), the heat wave of 2019 or the presence of other contaminants (SO42-, metals/metalloids). Nevertheless, these tests have shown that phytoremediation as a single process for managing freshly dredged marine sediments is not suitable. New phytoremediation systems must therefore be studied on these sediments in combination with different processes such as leaching, reverse osmosis or evaporation. Moreover, in order to optimise the epuration capacities of plants in a phytoremediation process, it is necessary to use acclimatised and therefore local species. No method for tracing the geographical origin of aquaculture plants is currently recommended. A tracing tool based on the strontium isotopic ratio (87Sr/86Sr) has been studied in relation to the various frauds that can be observed in this sector. The feasibility of discriminating between geographical areas was assessed by comparing the isotopic signature of different productions throughout the world (France, Germany, Hungary, China). The characterisation of the biogeochemical cycle of Sr for aquatic plants highlighted the major contribution of irrigation water as well as that of agricultural practices, justifying the isotope ratios specific to the productions. The temporal stability of this tool was confirmed through the recultivation of foreign plants in local conditions. Thus, the stable isotopes of strontium are proving to be a valuable tool for certifying the geographical origin of aquatic plants and highlighting the frauds commonly observed in this field.