Tolérance et accumulation du cobalt chez les végétaux – implications pour la phytoremédiation des sols contaminés

Le projet

Rép. démoc. du Congo
Olivier Pourret, Michel-Pierre Faucon / Grégory Mahy / Mylor Shutcha

La contamination des sols par les métaux augmente à la surface de la terre, se positionnant au cœur d’enjeux environnementaux et sanitaires. Dans ce contexte, des sols métallifères secondaires, initialement sains, sont apparus. La teneur en métaux de ces sols peut être 1000 fois supérieure à celle de sols normaux, représentant une contrainte très importante pour la végétation, et une importante source de pollution (Pourret et al., 2016). Il est nécessaire à ce jour de remédier à ces pollutions, par l’utilisation de méthodes novatrices et respectueuses de l’environnement comme les procédés de phytoremédiation. La mise en œuvre de ces techniques nécessite l’utilisation de plantes tolérantes aux métaux relativement peu nombreuses. Les hyperaccumulatrices de Cu et de Co (>300 mg/kg matière sèche) constituent un groupe remarquable de plantes dont l'écologie et l'évolution de la tolérance et de l'accumulation de ces métaux restent très mal comprises. En particulier, une grande variation des concentrations foliaires en Cu et Co est observée entre les espèces, les populations, voire au sein des populations, chez la majorité des hyperaccumulatrices de Cu et Co. Une combinaison particulière de conditions physico-chimiques à l’échelle de la rhizosphère et peut-être microbiologiques, semble nécessaire pour que l’hyperaccumulation des métaux dans les plantes ait lieu. De plus, les matériaux végétaux à haute concentration en métaux présentent des perspectives de valorisation très prometteuses. En effet, ces matrices organiques à haute concentration en métaux peuvent être utilisées comme catalyseurs en chimie organique industrielle. Il importe donc de maîtriser l’ensemble des facteurs déterminant la composition de ces tissus en métaux, afin de pouvoir garantir la qualité et la reproductibilité du matériau. Pour ce faire, plusieurs unités de recherche ont lancé un projet dont l’objectif premier est de connaître et de caractériser les facteurs pédogéochimiques qui influencent la disponibilité et la phytotoxicité du Cu et du Co. Des études récentes, réalisées en partenariat entre l’Université Libre de Bruxelles (Belgique), AgroBioTech Gembloux, Université de Liège (Belgique), l’Université de Lubumbashi (RD Congo) et l’Institut Polytechnique LaSalle Beauvais (France), ont permis une première caractérisation des différentes formes chimiques (i.e., fractionnement) du Cu et du Co dans les sols métallifères du Katanga (Faucon et al. 2011 ; Pourret et al. 2015). Le Co semblerait être fixé en partie par les oxydes de manganèse, contrairement au Cu qui est fixé préférentiellement aux oxydes de Fe et à la matière organique. La disponibilité de Cu et Co dans ces sols semble être régulée de manière différente et conduit à des disponibilités apparentes difficiles à prévoir à partir des teneurs totales du sol. La démarche scientifique suivie repose sur l’échantillonnage d’une collection de populations de l’espèce Anisopappus chinensis (L.) Hook. f. & Arn. (Asteraceae) (Figure 1), choisit comme espèce modèle, qui colonise des sols riches en Cu et en Co du sud de l’Afrique Centrale, présentant des caractéristiques géochimiques contrastées (i.e., concentrations en métaux, teneurs en matières organiques, pH…). Ainsi, la caractérisation de l'accumulation du Cu et Co chez cinq populations métallicoles d’Anisopappus chinensis in situ se développant dans des contextes pédogéochimiques contrastés, a été réalisée. Les analyses minérales des sols récoltés dans la rhizosphère des mêmes plantes, ont permis d’estimer le fractionnement du Cu et du Co dans ces sols. Ceci a permis de mettre en évidence l’importance de certains facteurs du sol pour expliquer les variations des concentrations en Cu et en Co dans la plante (Lange et al. 2014). Pour faire suite à cette étude de terrain, la mise en culture en conditions contrôlées d’une population de référence d’A. chinensis, à trois concentrations en Cu et Co et un total de 36 traitements, a permis de tester expérimentalement les résultats in natura et examiner l’influence des oxydes de fer et de manganèse et de la matière organique, sur la mobilité et l’accumulation du Cu et du Co (Lange et al. 2016). Ces deux études ont confirmées la complexité de la disponibilité réelle des métaux dans les sols et de son estimation. La matière organique semblerait être un facteur essentiel de la mobilité du Cu et du Co dans les sols. Cependant, les variations d’accumulation ne sont pas nécessairement expliquées par une variation de mobilité. La variation génétique inter- et intra-populationnelle de l’accumulation et de la tolérance au Cu et au Co pourrait également expliquer le phénomène. Des perspectives de valorisation de la biomasse des populations les plus accumulatrices de Co et de Cu sont envisagées.

Catégorie R&D (Académique, finalisée, technologique, transfert) et pré-pendant- ou post activité minière
Académique
Principles disciplines du projet
Géochimie, Ecologie
Principales thematiques du projet
Bioremediation, agromining
Equipes chercheurs et ingénieurs (nom, prénom, institution, discipline)
  • Olivier Pourret, Docteur HDR Géochimie, UNILASALLE
  • Michel-Pierre Faucon, Docteur HDR Ecologie végétale, soil-plant, ecological engineering, UNILASALLE
  • Grégory Mahy, Professeur Ecologie, Gembloux Agro Bio Tech, University of Liège (Belgique)
  • Mylor Shutcha, Professeur Ecologie, Restauration Ecologique et Paysage, Université de Lubumbashi
  • Jessica Bonhoure, Docteur Géochimie, Ressources minérales, UNILASALLE
  • David Houben, Docteur Sciences du sol - biogéochimie, UNILASALLE
Partenaires académiques scientifiques
BIOSE, Gembloux AgroBioTech (Uni Liège, Belgique) Grégory Mahy g.mahy@ulg.ac.be Faculté des Sciences Agronomiques, Université de Lubumbashi (Rep Dem Congo) Mylor Shutcha mshutcha@gmail.com
Partenaires industriels
Non spécifié
Partenaires sociétés civiles
Non spécifié
Partenaires collectivites
Non spécifié
Duree du projet
5 ans

Valorisation du projet

Publication dans quelle revue, colloques, ateliers de restitution nationaux ou internationaux, livres, film
1. Faucon, M.-P., Le Stradic, S., Boisson, S., wa Ilunga, E.I., Séleck, M., Lange, B., Guillaume, D., Shutcha, M.N., Pourret, O., Meerts, P. and Mahy, G. (2016) Implication of plant-soil relationships for conservation and restoration of copper-cobalt ecosystems. Plant Soil 403, 153-165. 2. Lange, B., Faucon, M.-P., Meerts, P., Shutcha, M., Mahy, G. and Pourret, O. (2014) Prediction of the edaphic factors influence upon the copper and cobalt accumulation in two metallophytes using copper and cobalt speciation in soils. Plant Soil 379, 275-287. 3. Lange, B., Pourret, O., Meerts, P., Jitaru, P., Cancès, B., Grison, C. and Faucon, M.-P. (2016) Copper and cobalt mobility in soil and accumulation in a metallophyte as influenced by experimental manipulation of soil chemical factors. Chemosphere 146, 75-84. 4. Pourret, O., Lange, B., Houben, D., Colinet, G., Shutcha, M. and Faucon, M.P. (2015) Modeling of cobalt and copper speciation in metalliferous soils from Katanga (Democratic Republic of Congo). Journal of Geochemical Exploration 149, 87-96. 5. Pourret, O., Lange, B., Bonhoure, J., Colinet, G., Decrée, S., Mahy, G., Séleck, M., Shutcha, M. and Faucon, M.-P. (2016) Assessment of soil metal distribution and environmental impact of mining in Katanga (Democratic Republic of Congo). Appl. Geochem. 64, 43-55.