Dépolluer les sols et les eaux en faisant travailler le vivant

Sols, eau, nutriments  : les milieux sur lesquels repose l’agriculture sont aussi au cœur des recherches menées pour restaurer les écosystèmes dégradés ou contaminés. La dépollution des sols passe encore souvent par l’excavation des terres contaminées ou par le recours à des traitements thermiques, physiques ou chimiques. Ces méthodes ont fait leurs preuves, mais elles peuvent être lourdes, coûteuses en énergie et, surtout, ne restaurent pas nécessairement les fonctions du sol. Déplacer une terre polluée peut aussi revenir, dans certains cas, à déplacer le problème.

C’est précisément de ce constat qu’est parti Symbiorem. Ce projet européen, dont les résultats ont été présentés le 29 septembre à Bruxelles, s’est intéressé à une autre voie : mobiliser les capacités du vivant pour dépolluer des sols, des sédiments et des eaux contaminés.

Derrière son nom quelque peu hermétique se cache une idée assez simple, ont expliqué les différents intervenants au fil de leurs présentations. La bioremédiation cherche à exploiter les mécanismes naturels de micro-organismes, de plantes ou d’autres organismes capables de dégrader certains polluants, de les immobiliser ou de les extraire du milieu. Symbiorem pousse cependant le raisonnement plus loin : plutôt que d’étudier séparément ces différents acteurs biologiques, le projet s’intéresse aux relations qu’ils entretiennent entre eux et à la manière dont plusieurs procédés peuvent être combinés. « Notre objectif n’est pas seulement de remédier à la contamination, mais aussi d’améliorer la santé de l’écosystème », a résumé Leire Ruiz Rubio, de l’Université du Pays basque et coordinatrice du projet, lors de la présentation générale de la journée. Le programme a ainsi travaillé sur des solutions destinées aux sols, aux eaux de surface et souterraines ainsi qu’aux sédiments.

Douze technologies, onze sites

Financé dans le cadre d’Horizon Europe, Symbiorem a débuté en septembre 2022 et doit s’achever en novembre. Quinze partenaires issus de dix pays y ont participé. En quatre ans, douze technologies ou stratégies biosourcées ont été développées et onze sites ont servi aux expérimentations, avec une démarche allant progressivement du laboratoire aux essais en conditions réelles. Le terrain de jeu scientifique est considérable. Métaux lourds, hydrocarbures pétroliers, hydrocarbures aromatiques polycycliques, excès d’azote et de phosphore ou encore contaminations mixtes figurent parmi les problèmes auxquels les chercheurs se sont attaqués. Les sites choisis sont tout aussi divers : friches industrielles, sols contaminés, eaux urbaines eutrophisées, sédiments marins ou encore eaux de drainage agricole.

Cette diversité constitue même l’une des principales leçons du projet : la bioremédiation ne repose pas sur une solution universelle. La nature du sol, le polluant présent, le climat, la disponibilité en eau, l’usage futur du terrain et le contexte réglementaire déterminent la stratégie à employer. Les chercheurs ont donc commencé par caractériser les sites et leurs pollutions, avant de sélectionner des organismes et des procédés, de les tester au laboratoire, puis de combiner les solutions les plus intéressantes et de les porter progressivement à une plus grande échelle.

C’est là que Symbiorem se distingue d’une collection d’expériences de laboratoire. Plusieurs procédés ont été poussés jusqu’au stade de démonstrateurs en conditions réelles ou semi-réelles, l’objectif européen étant d’atteindre un niveau de maturité technologique permettant de valider les solutions dans un environnement pertinent. C’est aussi l’enjeu souligné par Leticia Landa, de l’European Research Executive Agency : rapprocher les innovations issues de la recherche des conditions dans lesquelles elles pourraient un jour être effectivement utilisées.

Des bactéries aux plantes

Sous le terme générique de bioremédiation se cachent en réalité des stratégies très différentes. Certaines consistent à stimuler les micro-organismes naturellement présents dans un sol afin qu’ils dégradent plus efficacement des polluants organiques. D’autres introduisent des consortiums microbiens sélectionnés pour leurs capacités particulières. Ailleurs, ce sont les plantes qui deviennent le principal outil : leurs racines peuvent contribuer à stabiliser certains contaminants ou à absorber des métaux, tandis que les micro-organismes vivant dans leur environnement racinaire participent au processus.

Symbiorem a également expérimenté des combinaisons beaucoup plus sophistiquées. Des nutriments peuvent être micro-encapsulés afin d’être libérés progressivement dans le sol. Un faible champ électrique peut être utilisé pour déplacer des ions métalliques vers la zone explorée par les racines. Des géocomposites capables de retenir l’eau peuvent favoriser la croissance des végétaux employés pour extraire des métaux. Dans l’eau, des zones humides flottantes associent végétaux et biofilms microbiens pour capter notamment l’azote et le phosphore. Cette combinaison des techniques est au cœur du projet. Le vivant n’est pas envisagé comme une boîte noire à laquelle il suffirait de confier un milieu contaminé en attendant qu’il soit nettoyé. Il s’agit au contraire de créer les conditions permettant aux organismes de travailler efficacement, puis de mesurer leur action.

Les premiers résultats présentés à Bruxelles montrent pourquoi cette piste suscite l’intérêt des chercheurs. Sur un site expérimental du Pays basque, par exemple, une écobiopile associant phytoremédiation et électrostimulation a fait passer la concentration en hydrocarbures pétroliers totaux de 353 à 86 mg/kg entre mars et août 2026, soit une diminution de 76 %. À Barakaldo-Lutxana, toujours dans le Pays basque, une autre écobiopile a enregistré sur la même période une diminution de 40 % de la somme de 13 hydrocarbures aromatiques polycycliques.

Ces chiffres restent ceux d’expérimentations particulières, menées dans des conditions et sur des contaminations précises. Ils ne peuvent donc être transposés tels quels à n’importe quel terrain. C’est justement l’une des précautions mises en avant par les chercheurs : les performances biologiques évoluent avec les saisons, l’installation de la végétation, les communautés microbiennes et la disponibilité réelle des contaminants. La dépollution par le vivant demande du temps et doit être adaptée au site.

Dépolluer, mais aussi récupérer

Symbiorem ajoute une deuxième ambition à celle de la dépollution : celle de la circularité. Dans une approche classique, un contaminant retiré du milieu devient souvent un déchet qu’il faudra à son tour traiter. Le projet cherche, lorsque cela est possible, à récupérer certains éléments et à les réintroduire dans un cycle de valorisation. Le phosphore en constitue un exemple évident. Indispensable à l’agriculture mais problématique lorsqu’il se retrouve en excès dans les milieux aquatiques, il peut être récupéré dans certains procédés étudiés par le projet. D’autres travaux portent sur des métaux et matières premières critiques ou encore sur la valorisation de biomasses produites dans le cadre de la phytoremédiation.

Mais cette circularité pose elle-même une question délicate : que faire d’une plante qui a justement accumulé les contaminants que l’on voulait retirer du sol ou de l’eau ? Les chercheurs le reconnaissent : une biomasse chargée en métaux ne peut évidemment pas être réutilisée sans précautions. Les résidus doivent être caractérisés, traités et soumis aux règles applicables avant toute valorisation. C’est l’un des verrous qui subsistent avant un déploiement plus large de certaines solutions.

Quand la nature prend son temps

La bioremédiation possède en effet une faiblesse qui revient régulièrement dans les travaux présentés fin septembre : elle est rarement instantanée. Le professeur Krzysztof Lejcus, de l’Université des sciences environnementales et de la vie de Wrocław (Pologne), l’a très simplement résumé en présentant ses recherches sur la phytoextraction des métaux lourds. La phytoremédiation fonctionne, explique-t-il, mais le processus peut prendre des années. L’objectif de son équipe était donc d’en augmenter la vitesse et l’efficacité.

C’est toute l’ambivalence de ces solutions fondées sur la nature. Elles peuvent nécessiter moins d’interventions lourdes et permettre de préserver davantage les fonctions du milieu, mais elles doivent composer avec le rythme du vivant. Une plante doit développer son système racinaire ; une communauté microbienne doit s’installer ; température, humidité et disponibilité des nutriments influencent leur activité. Les chercheurs de Symbiorem ne présentent d’ailleurs pas la bioremédiation comme un substitut automatique à toutes les techniques existantes. Certains contaminants posent des difficultés particulières. Les métaux lourds, notamment, ne peuvent pas être « détruits » biologiquement : ils peuvent être immobilisés, stabilisés ou accumulés dans des végétaux, mais ils restent présents sous une forme ou une autre. Le choix d’une méthode doit donc être effectué au cas par cas.

Sortir du laboratoire

Il ne s’agit plus seulement de démontrer qu’une bactérie, une plante ou une combinaison de procédés peut agir sur un contaminant, mais de déterminer si ces solutions peuvent fonctionner à grande échelle, à un coût acceptable et dans le cadre réglementaire existant.

Et la difficulté n’est pas uniquement scientifique. Les partenaires de Symbiorem soulignent que les réglementations restent fragmentées en Europe et que certaines technologies nécessiteront encore des validations avant de pouvoir être largement déployées. Plusieurs résultats du projet sont d’ailleurs explicitement orientés vers la poursuite de la recherche plutôt que vers une commercialisation immédiate. Il faut aussi convaincre ceux qui vivront avec ces dispositifs. L’implication des citoyens n’a donc pas été ajoutée à la fin du projet comme un exercice de communication : elle a été intégrée à sa conception. Des habitants ont participé à des ateliers, des opérations de suivi de la qualité de l’eau ou des démarches de co-conception. À Londres, l’association Thames21 a ainsi travaillé avec les communautés riveraines autour d’un dispositif de zones humides flottantes, en formant notamment des habitants au suivi de l’eau.

Cette dimension sociale peut sembler éloignée des bactéries et des racines qui occupent les laboratoires. Elle est pourtant déterminante. Une technologie environnementale peut être scientifiquement performante et ne jamais quitter le stade expérimental si elle est trop coûteuse, impossible à autoriser ou rejetée par ceux qui vivent à proximité. Faire travailler la nature ne signifie pas simplement laisser faire la nature. Il faut comprendre les interactions entre les organismes, les orienter, les surveiller et les adapter à chaque milieu. Puis réussir à inscrire ces solutions dans une réalité économique, réglementaire et sociale. Les plantes et les micro-organismes ont montré qu’ils pouvaient prendre leur part dans la restauration de milieux pollués. Reste désormais à déterminer dans quelles conditions ils pourront sortir durablement des sites expérimentaux pour rejoindre la boîte à outils de la dépollution européenne.

Marie-France Vienne