Capacité des halophytes de bord de mer de Nouvelle-Calédonie à fixer les éléments traces- métalliques (ETMs) : applications potentielles à la phytoremédiation bioaugmentée

Capacity of seaside halophytes in New Caledonia to fix trace metal elements (ETMs) : potential applications for bioaugmented phytoremediation

• Auteur / Autrice : Pauline, Nicole Bonaventure
• Direction : Valerie Burtet-Sarramegna, Linda Guentas, Hamid Amir
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie des organismes
• Date : Soutenance le 07/11/2023
• Etablissement(s) : Nouvelle Calédonie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale du Pacifique (Faaa)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Agence universitaire de la francophonie - Institut de Sciences exactes appliquées (Université de la Nouvelle-Calédonie ; 2017-..)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : CNRT Nickel et son Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Fondation : Labex corail
• Jury : Président / Présidente : Claude-Elisabeth Payri
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hamid Amir, Claude-Elisabeth Payri, Emile Benizri, Sylvain Bourgerie, Tahar Ghnaya
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emile Benizri, Sylvain Bourgerie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Holobiontes

Biotechnologie appliquée à l'environnement

Érosion

Sols

Phytorestauration

Nouvelle-Calédonie

Effets des métaux lourds

Halophytes

Mots clés libres

Halophytes

Halotolérance

Microorganismes PGP

Endophytes

Elément-trace métallique

Phytoremédiation

Bio-augmentation

Halophytes

Halotolerance

PGP Microorganisms

Endophytes

Metal trace element

Phytoremediation

Bio-Augmentation

Résumé

Située au Nord-Est de l’Australie, la Nouvelle-Calédonie détient le quart des ressources mondiales de nickel. Sous l’effet de l’érosion et de l’activité minière, les sols et substrats ultramafiques, riches en éléments-traces-métalliques (ETMs), sont source d’une contamination importante des zones de bassins versants par du Nickel (Ni), du Cobalt (Co), du Chrome (Cr) et du Manganèse (Mn), en particulier dans les estuaires en aval des zones d’exploitation minière. Ces ETMs sont potentiellement toxiques pour les écosystèmes côtiers et marins, ainsi que les humains. Pour une société insulaire dont l’économie est en grande majorité portée par le secteur du Nickel, les activités liées à la mer et la santé des populations peuvent être dramatiquement impactées. Dans ce contexte, la phytoremédiation, utilisant des plantes accumulatrices d’ETMs, est depuis plusieurs années reconnues comme étant une solution écologique, peu onéreuse et efficace pour dépolluer les sols contaminés. De plus, l’association des plantes à certains microorganismes peut augmenter l’efficacité de cette technique : c’est la « phytoremédiation bio-augmentée ». Les plantes s’associent fréquemment à des microorganismes promoteurs de leur croissance et pouvant réduire le stress métallique auquel elles sont exposées. Les halophytes, des plantes colonisant les milieux salins dont les bords de mer, et leurs microorganismes associés sont connus pour leur fort potentiel dans cette perspective. L’objectif de ce travail de doctorat a été d’explorer le potentiel de deux halophytes de bord de mer de Nouvelle-Calédonie, Suaeda australis et Sesuvium portulacastrum, en association ou non avec des microorganismes, dans la phytoremédiation bio-augmentée des estuaires de Nouvelle-Calédonie impactés par les ETMs. Ces deux espèces sont trouvées sur des estuaires contaminés. L’hypothèse de ce projet s’inscrit dans l’idée que ces deux espèces pourraient efficacement extraire ou stabiliser au niveau des racines les formes mobiles de Ni, Co, Cr, et Mn et que l’utilisation de microorganismes associés pourrait améliorer la technique. Ce manuscrit se structure autour de trois grandes étapes expérimentales: l’évaluation des capacités d’accumulation des ETMs chez les deux espèces en fonction de divers paramètres potentiellement déterminant en contexte salin (chapitres 2 et 3), une recherche et une sélection en laboratoire de microorganismes associés aux racines des deux halophytes promoteurs de la croissance, résistants aux ETMs et aux fortes concentrations salines (chapitre 4); l’évaluation en serre des effets promoteurs de la croissance de souches fongiques sélectionnées en présence d’ETMs chez S. australis (chapitre 5). Les résultats montrent de bonnes aptitudes de ces deux halophytes, à concentrer les ETMs en particulier dans les racines, en conditions salines. En particulier, S. australis peut accumuler des concentrations totales en Ni, Co, Cr et Mn de l’ordre de 4775 mg.kg-1 dans les racines. D’autre part, des endophytes fongiques septés sélectionnés sur la base de tests PGP et de résistance aux ETMs effectués en conditions in vitro ont montré des tendances à la bio-augmentation de l’extraction des ETMs en à peine 4 mois d’inoculation chez S. australis et S. portulacastrum sont des espèces halophiles dominantes dans les milieux de bord de mer de Nouvelle-Calédonie. Ces travaux suggèrent un potentiel prometteur de ces deux espèces dans la phytostabilisation des ETMs l’interface terre-mer.

Located northeast of Australia, New Caledonia holds a quarter of the world's nickel resources. As a result of erosion and mining activity, ultramafic soils and substrates, rich in trace metal elements (TMEs), are the source of significant contamination of catchment areas by Nickel (Ni), Cobalt (Co), Chromium (Cr) and Manganese (Mn), particularly in estuaries downstream of mining areas. These TMEs are potentially toxic to coastal and marine ecosystems, as well as to humans. For an island society whose economy is largely driven by the nickel sector, activities linked to the sea and the health of populations can be dramatically impacted. In this context, phytoremediation, using plants that accumulate TMEs, has been recognized for several years as an ecological, inexpensive and effective solution for cleaning up contaminated soils. Moreover, associating plants with certain microorganisms can increase the effectiveness of this technique: this is "bio-augmented phytoremediation". Plants frequently associate with microorganisms that promote growth and reduce metal stress to which they are exposed. Halophytes - plants that colonize saline environments, including seashores - and their associated microorganisms are known for their high potential in this respect. The aim of this PhD work was to explore the potential of two New Caledonian seaside halophytes, Suaeda australis and Sesuvium portulacastrum, in association or not with microorganisms, in the bio-augmented phytoremediation of New Caledonian estuaries impacted by TMEs. Both species are found in contaminated estuaries. The hypothesis of this project is that these two species could effectively extract or stabilize mobile forms of Ni, Co, Cr and Mn at root level, and that the use of associated microorganisms could improve the technique. This manuscript is structured around three main experimental stages: evaluation of the TMEs accumulation capacities in the two species as a function of various parameters potentially determining their salinity (chapters 2 and 3); laboratory research and selection of growth-promoting microorganisms associated with the roots of the two halophytes, resistant to TMEs and high salt concentrations (chapter 4); greenhouse evaluation of the growth-promoting effects of selected fungal strains in the presence of TMEs in S. australis (chapter 5). The results show that both halophytes have a good capacity to concentrate TMEs, particularly in the roots, under saline conditions. In particular, S. australis can accumulate total concentrations of Ni, Co, Cr and Mn of the order of 4775 mg.kg-1 in roots. On the other hand, septate fungal endophytes selected on the basis of PGP and TME resistance tests carried out under in vitro conditions showed bio-augmentation trends in TME extraction in as little as 4 months of inoculation in S. australis. S. australis and S. ortulacastrum are dominant halophilic species in New Caledonian seaside environments. This work suggests a promising potential for these two species in the phytostabilization of TMEs at the land-sea interface.