Accumulation du cuivre dans les plantes spontanée de vignoble

Copper accumulation in spontaneous vineyard plants

• Auteur / Autrice : Charles Malfaisan
• Direction : Marie-Pierre Isaure, Corinne Parat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie analytique
• Date : Soutenance le 17/12/2024
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Exactes et leurs Applications
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les matériaux (Pau)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Le Hécho
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Pierre Isaure, Corinne Parat, Emmanuel Doelsch, Christophe Nguyen, Eva Schreck
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Doelsch, Christophe Nguyen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes adventices

Plantes -- Spéciation

Plantes-hôtes

Teneur en cuivre

Vignobles

Mots clés libres

Accumulation du cuivre

Vignoble

Biodisponibilité

Plantes spontanées

Spéciation

Xas

Copper accumulation

Vineyard

Bioavailability

Spontaneous plants

Speciation

Xas

Résumé

L'application de fongicides à base de cuivre pour lutter contre le mildiou dans les vignobles a entraîné une accumulation de cuivre dans les sols, en particulier dans les grandes régions viticoles telles que la Nouvelle-Aquitaine. Cette contamination pose des problèmes environnementaux majeurs, affectant la qualité des sols et la biodiversité. Bien que la réduction de l'utilisation de cuivre soit amorcée, son usage reste essentiel pour lutter contre les maladies fongiques des vignes, avec un risque d'impact sur les écosystèmes viticoles.Ce travail vise à analyser la biodisponibilité et la spéciation du cuivre dans deux sols viticoles de la région Nouvelle-Aquitaine (un sol alcalin et un sol acide) et à évaluer la réponse de deux espèces de plantes spontanées (Amaranthus retroflexus et Chenopodium album) aux niveaux de cuivre présents naturellement dans ces sols, ainsi qu'enrichis en laboratoire. L'hypothèse est que ces plantes peuvent développer des mécanismes de tolérance au cuivre, offrant des perspectives pour la gestion des sols contaminés.La spéciation et la biodisponibilité du cuivre dans les sols ont été étudiées à l'aide de méthodes d'extractions chimiques simples, d’électrochimie et de modélisations géochimiques. Une expérience en pots a ensuite été menée sur ces sols enrichis ou pas en cuivre, pour examiner les mécanismes d'accumulation du métal au sein des plantes. Ces données ont ensuite été comparées à l'accumulation des plantes ayant poussé naturellement sur site viticole.Les résultats ont montré que, dans des conditions contrôlées, les deux plantes ont mis en œuvre une stratégie d'exclusion du cuivre dans le sol alcalin, en accumulant le cuivre dans les racines, associé à une faible translocation vers les parties aériennes. En revanche, aucune croissance n’a été observée sur le sol acide, indiquant une toxicité excessive du cuivre dans ce contexte. La spectroscopie d'absorption des rayons X (XANES et EXAFS) et l'imagerie par microfluorescence X sur rayonnement synchrotron (µXRF) couplée au µXANES, ont montré que le cuivre s'accumulait dans les racines sous forme de complexes avec des ligands carboxyle et hydroxyle, principalement au niveau du rhizoderme.L' étude menée sur Amaranthus retroflexus ayant poussé en conditions réelles sur le sol alcalin a révélé des concentrations importantes de cuivre dans les feuilles, notamment au niveau de la cuticule, suggérant une pénétration foliaire du fongicide. La présence spontanée d'Amaranthus retroflexus pourrait ainsi constituer une surface tampon lors des traitements phytosanitaires, réduisant ainsi la contamination directe des sols par ces produits.Ces résultats ouvrent la voie à une meilleure compréhension du rôle écologique de ces plantes dans la gestion des sols contaminés. À l'avenir, leur potentiel pour limiter l'impact du cuivre sur les sols pourrait être exploité dans des stratégies de gestion durable des agroécosystèmes viticoles.

The application of copper-based fungicides to fight downy mildew in vineyards has led to copper accumulation in soils, particularly in major wine-growing regions such as Nouvelle-Aquitaine. This contamination raises serious environmental concerns, affecting soil quality and biodiversity. Despite recent efforts to reduce copper use, its application remains essential to struggle against fungal diseases in vines, with potential impact on the ecosystems.This work aims to analyze copper bioavailability and speciation in two vineyard soils from the Nouvelle-Aquitaine region (one alkaline and one acidic) and to assess the response of two spontaneous plant species (Amaranthus retroflexus and Chenopodium album) to copper levels naturally present in the vineyard sites, as well as those enriched in the laboratory. The hypothesis is that these plants may develop copper tolerance mechanisms, offering potential alternatives for vineyard soil management.Copper speciation and bioavailability in these soils were studied using simple chemical extraction methods, electrochemical analyses, and geochemical modeling. A pot experiment was then conducted on these native and copper-enriched soils to examine the mechanisms of metal accumulation developed by the plants. These data were then compared to copper accumulation of plants naturally grown on the site.The results showed that, under controlled conditions, the two plants developed a copper exclusion strategy in the alkaline vineyard soil, accumulating copper in their roots and preventing its translocation to aerial parts. In contrast, no growth was observed in the acidic soil, indicating excessive copper toxicity. X-ray absorption spectroscopy (XANES and EXAFS) and synchrotron µ X-ray fluorescence (µXRF) imaging coupled with µXANES showed that copper was accumulated in the roots as complexes with carboxyl and hydroxyl ligands, mainly located at the rhizodermis level.The study of Amaranthus retroflexus grown on the alkaline vineyard revealed high concentrations of copper in the leaves, mainly in the cuticle, suggesting a foliar uptake of fungicides. The spontaneous presence of Amaranthus retroflexus could thus be used as a buffer surface during phytosanitary treatments, thereby reducing the direct contamination of soils by these products.These results pave the way for a better understanding of the ecological role of these plants in managing contaminated soils. In the future, their potential to limit the impact of copper on vineyard soils could be harnessed in sustainable management strategies for vineyard agroecosystems.