Quand les plantes deviennent des outils de dépollution

Pour dépolluer un sol avec des plantes, encore faut-il leur permettre de pousser. Une évidence derrière laquelle se cache l’un des principaux freins de la phytoremédiation. Le principe consiste à utiliser des végétaux capables d’absorber certains contaminants présents dans le sol, notamment des métaux, puis de les accumuler dans leurs tissus. Mais si leur croissance est médiocre et la biomasse produite insuffisante, la quantité de contaminants effectivement retirée du sol restera, elle aussi, limitée.

C’est à ce problème que s’est attaquée une équipe de l’Université des sciences environnementales et de la vie de Wroclaw, dans le cadre du projet européen Symbiorem (voir Le Sillon Belge du 22 octobre). Présentés fin septembre à Bruxelles, ces travaux s’inscrivent dans un programme plus vaste consacré à la bioremédiation des sols, des eaux et des sédiments contaminés. Avec une idée centrale : s’appuyer sur les capacités du vivant, tout en créant les conditions qui lui permettent de travailler plus efficacement.

Un siècle d’eaux usées

Le terrain choisi par l’équipe du professeur Krzysztof Lejcus n’a rien d’anodin. Situé à Wroclaw, le site d’Osobowice a servi pendant plus d’un siècle de champ d’épandage des eaux usées de la ville. Utilisé comme système naturel de traitement, il a progressivement accumulé des contaminants, parmi lesquels des métaux lourds. Le lieu présente aujourd’hui un intérêt écologique et récréatif pour la ville, d’où la recherche de solutions susceptibles d’améliorer la qualité de ses sols.

Plutôt que d’excaver les terres contaminées, les chercheurs ont choisi de miser sur la phytoextraction : certaines plantes prélèvent les métaux par leurs racines et les accumulent dans leurs parties aériennes. Une fois la biomasse récoltée, une fraction des contaminants peut ainsi être retirée du site. Sur le papier, le procédé paraît d’une simplicité désarmante. Dans la réalité, il impose de la patience. Une plante ne dépollue que dans la mesure où elle est capable de s’installer, de développer ses racines et de produire suffisamment de matière végétale. Et cette croissance dépend notamment de l’eau disponible dans le sol.

« Les solutions naturelles fonctionnent », a insisté Krzysztof Lejcus. Elles n’avancent simplement pas toujours au rythme que l’on souhaiterait leur imposer sur le terrain. L’ambition de son équipe était donc moins de réinventer la phytoremédiation que de lui donner un sérieux coup de pouce.

De l’eau au plus près des racines

Ce coup de pouce s’appelle BioWAG, pour un géocomposite biodégradable capable d’absorber l’eau. Installé dans le sol, le dispositif récupère l’eau provenant des précipitations ou de l’irrigation et la retient dans la zone racinaire, afin que les plantes puissent ensuite l’utiliser. Le principe vise à limiter les pertes d’eau et à maintenir de meilleures conditions de croissance, notamment lorsque les végétaux sont soumis à un stress hydrique.

Lors de sa présentation, Krzysztof Lejcus a précisé que le système racinaire pouvait prélever jusqu’à 95 % de l’eau stockée dans le biocomposite. Le matériau absorbant utilisé est capable, quant à lui, de retenir des quantités d’eau très importantes : dans les dispositifs testés par l’équipe, plus de 300 g d’eau par gramme de polymère absorbant.

Mais la performance du matériau n’est pas le seul enjeu. L’équipe polonaise travaille depuis plusieurs années à rendre ces géocomposites plus compatibles avec une logique environnementale et circulaire. Le BioWAG développé pour Symbiorem est ainsi présenté comme une version biodégradable du dispositif, conçue pour améliorer la rétention d’eau et soutenir l’implantation des plantes sans laisser durablement dans le sol un matériau synthétique non dégradable. Une technologie pensée pour la dépollution, donc, mais dont le principe résonne forcément avec des préoccupations bien connues du monde agricole : maintenir l’eau disponible dans la zone racinaire et permettre aux plantes de mieux supporter des périodes où elle devient limitante.

Eau, acide lactique et microorganismes

À Osobowice, retenir davantage d’eau n’était toutefois qu’une partie de l’équation. Car faire pousser davantage de végétation ne suffit pas si les métaux présents dans le sol restent difficilement accessibles aux racines.

Les chercheurs ont donc combiné plusieurs leviers. Le BioWAG améliore les conditions hydriques autour des racines. Des acides organiques naturels, dont l’acide lactique, influencent la mobilité et la disponibilité des métaux. Enfin, un consortium de microorganismes est utilisé pour soutenir l’activité biologique et les interactions entre la plante et le sol. L’enjeu consiste à agir simultanément sur la croissance végétale et sur la capacité des plantes à prélever les contaminants.

Cette combinaison est importante, car l’efficacité de la phytoextraction ne se mesure pas uniquement à la concentration d’un métal retrouvée dans les tissus végétaux. Encore faut-il tenir compte de la quantité totale de végétation produite. Une plante peut en effet présenter une concentration intéressante en métal mais produire peu de biomasse. À l’inverse, une amélioration de sa croissance peut augmenter sensiblement la quantité totale de contaminants retirée du sol, même si leur concentration dans chaque gramme de matière végétale n’explose pas.

Produire davantage de biomasse

C’est précisément ce que montrent les essais menés en Pologne. Après deux années, toutes les variantes technologiques testées ont amélioré l’extraction des métaux par rapport au témoin. Les chercheurs attribuent en grande partie ce résultat à une production de biomasse végétale significativement plus élevée grâce aux différentes variantes utilisant le BioWAG.

La combinaison associant BioWAG, acide lactique et microorganismes s’est révélée la plus efficace dans les conditions de l’essai, malgré une forte hétérogénéité des teneurs en métaux dans le sol et dans les tissus végétaux.

Dans sa présentation, Krzysztof Lejcus a montré que le BioWAG utilisé seul augmentait déjà sensiblement la biomasse. L’ajout d’acide lactique renforçait encore cet effet, tandis que la combinaison avec les microorganismes conduisait aux meilleurs résultats. Les gains observés sur l’extraction totale des métaux variaient selon les éléments étudiés : ils dépassaient 160 % dans les meilleures variantes pour le chrome et atteignaient plus de 200 %, voire 300 %, pour le plomb par rapport au témoin.

Des chiffres qu’il convient cependant de replacer dans leur contexte expérimental. Les concentrations en métaux se sont révélées très variables dans le sol comme dans les parties aériennes des plantes. L’équipe ne prétend donc pas que ces performances pourraient être reproduites à l’identique sur n’importe quel terrain. Son résultat le plus solide est ailleurs : l’association de plusieurs leviers a permis d’accroître la biomasse et, avec elle, la quantité de métaux retirée du sol. Pour Krzysztof Lejcus, parvenir à multiplier par deux ou trois l’efficacité de la phytoextraction selon le métal et la variante considérés suffit déjà à changer la perspective.

Restait une autre interrogation : que se passe-t-il lorsque l’on introduit un consortium de microorganismes dans un sol qui possède déjà sa propre vie microbienne ? Sur ce point, les chercheurs se montrent plutôt rassurants. Dans leur expérimentation, les microorganismes ajoutés n’ont pas modifié la quantité totale de microorganismes observée dans le sol entre le début et la fin de l’essai. Krzysztof Lejcus insiste sur ce résultat, car l’objectif n’était évidemment pas d’améliorer l’extraction des métaux au prix d’un bouleversement de l’écologie microbienne du terrain. L’expérience d’Osobowice illustre ainsi une conception assez différente de la dépollution. Il ne s’agit plus seulement de s’attaquer directement au contaminant, mais d’améliorer le fonctionnement de l’ensemble sol-plante-microorganismes afin que le vivant accomplisse une plus grande part du travail.

Et après la récolte ?

La phytoextraction conserve toutefois une limite fondamentale. Les métaux lourds ne disparaissent pas. Contrairement à certains polluants organiques susceptibles d’être dégradés biologiquement, ils sont prélevés dans le sol puis accumulés dans la plante. La biomasse récoltée devient donc à son tour une matière contenant des contaminants.

Son devenir fait partie des questions auxquelles les technologies de bioremédiation doivent encore apporter des réponses. Selon sa composition, cette biomasse ne peut être ni réutilisée ni éliminée comme une matière végétale ordinaire. Elle doit être caractérisée et orientée vers une filière appropriée. Symbiorem souligne d’ailleurs que la gestion de ces résidus reste l’un des paramètres à prendre en compte avant tout déploiement à plus grande échelle.

La phytoremédiation ne constitue donc pas une baguette magique. Elle demande du temps, dépend fortement des caractéristiques du sol et déplace en partie la question des contaminants vers celle du traitement de la biomasse récoltée. Mais l’essai polonais montre aussi qu’il est possible d’agir sur l’un de ses principaux points faibles. En améliorant la disponibilité de l’eau, en favorisant la croissance des plantes et en jouant sur les interactions entre racines, métaux et microorganismes, les chercheurs espèrent rendre le processus suffisamment efficace pour qu’il trouve davantage sa place parmi les techniques de restauration des sols. On peut dire que le BioWAG repose sur un raisonnement que les agriculteurs connaissent bien : avant de demander davantage à une plante, il faut commencer par lui donner les moyens de pousser.

Marie-France Vienne