Phyto-épuration / Phyto-remédiation / Myco-remédiation

Les termes de phyto-épuration, phyto-remédiation, myco-remédiation désignent des alternatives aux méthodes industrielles de traitement des eaux et des sols, au moyen de végétaux (phyton en grec ancien) ou de champignons (mukês). Ils appartiennent au champ plus large de la bioremédiation, ensemble des techniques reposant sur l’usage d’écosystèmes vivants pour la dépollution des sols, des eaux ou de l’air. Celles-ci s’appuient sur la capacité de certaines plantes ou champignons, et des nombreux micro-organismes qui les accompagnent1, à absorber des molécules nocives ou à les dégrader chimiquement. De telles propriétés sont propres à chaque espèce : les écosystèmes que l’on sélectionne dépendent donc des substances polluantes à éliminer. Ainsi, la Moutarde indienne est connue pour absorber des métaux lourds (plomb, zinc, cuivre), des lentilles d’eau peuvent capter les pesticides, les massettes s’attaquent aux antileptiques, les hydrocarbures peuvent être décomposés par des champignons saproxyliques, … le tournesol a même été utilisé pour diminuer la concentration d’éléments radioactifs dans les sols de Tchernobyl2.

Bien que les définitions se chevauchent, le terme de phyto-épuration est principalement employé pour désigner le traitement d’une eau peu polluée, avant son retour au milieu naturel3. Elle fait appel à des plantes aquatiques ou de milieux humides comme les roseaux, les phragmites, la menthe aquatique, etc. Leur action repose sur plusieurs mécanismes physiques et chimiques associés :

  • la filtration de l’eau par le système racinaire ou les parties submergées. Cela permet de retenir les plus grosses particules dans les sédiments ou le sol le temps qu’elles soient dégradées ;

  • la précipitation (formation de particules à partir de substances dissoutes) et la sédimentation (dépôt des particules vers le fond de l’eau, par action de la gravité). De même que pour la filtration, ces phénomènes évitent que les polluants s’écoulent trop rapidement vers les cours d’eau ;

  • la sécrétion par les plantes et micro-organismes de molécules réagissant chimiquement avec les polluants, formant des substances moins nocives ou plus facilement assimilables par le milieu ;

  • l’absorption de certains polluants par les racines et leur stockage dans les tissus de la plante ;

  • la dilution des contaminations ponctuelles, dont la diffusion vers le milieu naturel est étalée dans le temps. En diminuant la concentration des substances polluantes, leur toxicité directe pour la faune et la flore est réduite, et leur dégradation facilitée ;

  • l’exposition prolongée à d’autres facteurs de l’environnement, comme le rayonnement solaire.

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Phyto-épuration sur lit de roseaux, dans la commune de Commer (53)

La phyto-épuration peut être utilisée pour traiter les eaux domestiques dites « grises », les moins polluées (provenant du lavabo, de la salle de bain…), éventuellement celles dites « noires » (eaux des toilettes)4. Elle peut se présenter sous la forme de filtres ou de lagunages, avec généralement une série de bassins plantés dans lesquelles l’eau séjourne plusieurs jours, le temps que les écosystèmes qui y vivent fassent leur œuvre. Ainsi les roseaux sont efficaces contre les métaux lourds et les dérivés de détergents, la menthe aquatique capte le zinc, les callitriches retiennent des pesticides… Cette technique permet notamment d’éviter la saturation des stations d’épuration, en réduisant les volumes à prendre en charge. En revanche, elle ne convient pas pour les eaux usées les plus polluées (effluents industriels notamment), qui doivent être acheminées vers des installations spécialisées.

La phyto-épuration est aussi adaptée à la gestion des eaux pluviales, qui se chargent en polluants en traversant l’atmosphère et par le ruissellement sur les surfaces urbaines imperméables (chaussée, parking…) ou à travers des espaces agricoles traités par des produits phytosanitaires. Intégrée à des aménagements de transport de l’eau (noues, fossés), de rétention et d’infiltration, la phyto-épuration permet de réduire la saturation du système d’assainissement des eaux et d’éviter les débordements lors de précipitations importantes.

Phyto-épuration par lagunage, dans la commune de Jublains (53)

On parle plutôt de phyto-remédiation lorsqu’il s’agit de nettoyer des sols contaminés par une pollution diffuse (métaux lourds, hydrocarbures…). De nouveau, plusieurs mécanismes peuvent entrer en jeu.

Des espèces végétales qualifiées d’hyper-accumulatrices sont réputées pour absorber certains de ces polluants en grande quantité. Le Tabouret calaminaire, par exemple, apprécie particulièrement les sols contenant du zinc5. Les contaminants absorbés par les racines transitent dans la plante et sont tantôt libérés sous une forme volatile (cas du sélénium, du mercure…, ce qui peut nécessiter de prendre d’autres précautions, pour éviter une pollution atmosphérique), tantôt stockés au sein d’un organe (les racines, les tiges, les feuilles…). Ces végétaux sont alors contaminés à leur tour : ils doivent être traités dans des établissements spécialisés et non simplement décomposés sur place ou compostés. Ce procédé de phyto-remédiation consiste ainsi à transférer la pollution vers un autre compartiment : l’atmosphère ou les tissus végétaux, plus faciles à gérer que le sol. Des études sont également à l’œuvre pour exploiter cette nouvelle ressource de métaux, qui peut présenter un rendement intéressant pour l’industrie, comme dans le cas de l’Allysum murale.

D’autres polluants sont susceptibles d’être modifiés par les substances que sécrète les micro-organismes ou végétaux cultivés. C’est par exemple le cas des hydrocarbures, dégradés par des champignons saproxyliques6. Ceux-ci ont la capacité – rare dans le monde du vivant – de produire des enzymes qui décomposent les fibres les plus résistantes du bois (d’où leur nom : sapro- « putréfaction » et xyle « le bois »). Les hydrocarbures ayant une structure moléculaire semblable, ils peuvent également être « découpés » par ces enzymes, jusqu’à être réduits en éléments simples assimilables par d’autres organismes. Si cette technique fonctionne bien en laboratoire, elle est toutefois imparfaite sur le terrain, du fait du manque de contrôle sur les conditions de développement des champignons.

Un autre intérêt du système racinaire des plantes peut simplement consister à retenir les éléments polluants sur place, afin d’éviter leur dissémination dans le milieu. Dans ce cas, la modification physique et chimique du sol par les végétaux et les microorganismes associés conduit à réduire la liberté de mouvement des molécules visées. Celles-ci ne sont pas éliminées, mais ce procédé évite que la contamination se propage jusqu’à d’autres écosystèmes plus fragiles.

Selon le polluant, ses propriétés chimiques et physiques, sa concentration, le milieu à traiter… les plantes ou champignons utilisés ne seront pas les mêmes.

Phyto-épuration et phyto-remédiation sont des méthodes d’ingénierie écologique en plein développement. Leurs résultats ne sont que partiels, difficilement prévisibles et prennent un certain temps, ce qui n’en fait pas des solutions appropriées à toutes les situations. Toutefois, leur efficacité est avérée et tend à s’améliorer à mesure que l’on comprend mieux les mécanismes à l’œuvre. Par rapport aux alternatives industrielles (station d’épuration, décharge, centre de traitement spécialisé…), elles présentent des avantages très nets : un investissement de départ faible et un coût de fonctionnement quasi-nul7 (les plantes « font tout le travail ») ; une mise en œuvre simple, facilement adaptable selon le volume à traiter ; un traitement directement sur site, sans transport des matériaux pollués ni travaux importants (excavation de sols, réseaux d’assainissement, bâtiments…) ; moins d’externalités négatives sur d’autres aspects de l’environnement (urbanisation, consommation d’énergie…) ; la réversibilité des aménagements, qui ne nécessitent pas d’artificialisation lourde du milieu. Le recours à ces techniques est donc tout-à-fait pertinent, a minima pour traiter les pollutions les plus faibles, ou au contraire réduire le degré de contamination d’eaux et sols plus pollués, avant leur prise en charge par des moyens classiques.

1Bioremediation. An overview, M.Vidali (2001) : http://s3.amazonaws.com/academia.edu.documents/43833353/pdf.pdf?AWSAccessKeyId=AKIAJ56TQJRTWSMTNPEA&Expires=1479312096&Signature=X5Y3wdN0vIoOfV2I22oYSraJRX0%3D&response-content-disposition=inline%3B%20filename%3DBioremediation._An_overview.pdf

2Ces plantes qui guérissent l’habitat: Phytoépuration et génie végétal, Sébastien Illovic et Vincent Bonnarme (2012) : https://books.google.fr/books?hl=fr&lr=&id=8eLHQaJXXZkC&oi=fnd&pg=PP5&dq=phytoepuration&ots=hnHifI2YTP&sig=nOiLWtfesfw_sCxpKocsKSAf3So#v=onepage&q&f=false

3La phytoépuration, qu’est ce que c’est ?, Runying Wang (2011) : http://www.inspire-institut.org/tribune-libre-la-muse-avril-2011-la-phytoepuration-quest-ce-que-cest.html

4La phyto-épuration : des plantes pour traiter les eaux usées, Natureparif (2012) : http://www.natureparif.fr/connaitre/publications/guides-pratiques/les-fiches-pratiques/document/la-phyto-epuration-des-plantes-pour-traiter-les-eaux-usees?format=raw

5Phytoremédiation des sols contaminés – Des plantes pour guérir les sols, Jean-Louis Morel (2012) : http://www.mediachimie.org/sites/default/files/Chimie%20et%20nature_157pdf.pdf

6Bioremediation of Contaminated Soil with Fungi, Erika Winquist et al. (2014) : http://www.pollutionsolutions-online.com/articles/soil-remediation/18/erika_winquist_marja_tuomela_and_kari_steffen/bioremediation_of_contaminated_soil_with_fungi/1649/

7Phytoremédiation et phytoépuration : de nouvelles perspectives pour les taillis à courtes rotations, Jean-Yves Gautry et Alain Bailly (2012) : http://www.fcba.fr/sites/default/files/phyto_fcbainfo.pdf

Trame brune

La « trame brune » est une expression inventée sur le modèle de la Trame Verte et Bleue, appliquée à la continuité des sols. Largement ignorés pendant de nombreuses années, ces derniers sont pourtant essentiels au fonctionnement des écosystèmes. Ils ne sont pas qu’un simple support physique pour la végétation, leurs rôles sont extrêmement variés :

  • biodiversité : malgré leur discrétion, les espèces vivant dans le sol ou au sein de l’humus (les débris végétaux en cours de décomposition à la surface du sol) rivalisent en nombre et en variété leurs voisines du dessus. Ce sont plusieurs milliers d’espèces animales, et plusieurs dizaines à centaines de milliers d’espèces bactériennes et de champignons, qui cohabitent dans seulement quelques mètres carré de sol, le tout sur une épaisseur très faible (parfois moins d’un mètre) ;

  • cycle de l’eau : infiltration de l’eau de pluie, circulation souterraine, disponibilité en eau pour les plantes, évaporation… Les sols de pleine terre nous préservent à la fois des risques liés à l’excès d’eau, ou à son manque ;

  • cycle des nutriments : c’est la diversité des organismes du sol qui assure la dégradation complète des débris végétaux et des cadavres animaux, en les fragmentant par étapes successives pour les transformer en nutriments de nouveau disponibles pour les plantes1 ;

  • absorption et stockage du CO2 atmosphérique, via l’enfouissement de matière organique et sa transformation par les organismes du sol2. Seule cette incorporation dans les couches profondes du sol permet de piéger durablement le carbone absorbé par les végétaux ;

  • lutte contre les pollutions : les sols filtrent les eaux de ruissellement, retenant partiellement les polluants, et les organismes du sol sont parfois capables de les dégrader en éléments inoffensifs ou moins toxiques ;

  • état sanitaire des végétaux : les interactions entre les organismes du sol et les végétaux sont innombrables3. On peut citer les symbioses entre des champignons et les arbres4, indispensables pour l’alimentation de ces derniers en nutriments, les effets répulsifs de certains organismes face à des parasites ou des pathogènes, le travail du sol effectué par les vers de terre, qui facilite l’enracinement des plantes, etc.

Pour conserver toutes ces fonctions, l’intégrité physique, chimique et biologique des sols doit être préservée. En premier lieu, il s’agit de restreindre au maximum leur artificialisation. Quand c’est possible, des sols de pleine terre doivent être restaurés là où les surfaces artificielles ne sont pas (ou plus) nécessaires. La gestion appliquée aux espaces verts est aussi importante : la gestion différenciée, la protection des sols (par un couvert végétal ou du paillage), le non-usage de produits phytosanitaires, l’apport de compost plutôt que d’engrais chimiques… sont autant de pratique assurant l’intégrité des sols. Il est également préférable d’éviter les plantations d’espèces annuelles, régulièrement remplacées, car les arrachages – replantations récurrents déstructurent les formations fragiles du sol.

Il y a par ailleurs dans l’expression « trame brune » une notion essentielle de connectivité. Les espèces présentent dans le sol ont elles aussi des besoins de déplacement5, pour accomplir leur cycle de vie, se reproduire, échapper à des changements ponctuels dans leur environnement, recoloniser un milieu après un épisode de mortalité, etc. Notamment, plus les populations sont isolées, plus elles sont vulnérables (perte de diversité génétique, risque de disparition locale…).

À une échelle plus macroscopique, les arbres et arbustes profitent de cette continuité en échangeant de nombreux nutriments, via leurs racines et leurs partenaires champignons6. Des arbres isolés chacun dans leur fosse seront plus fragiles et vulnérables aux aléas (climat, pathogènes, blessures physiques…), tandis que s’ils partagent un volume de sol commun, le système dans son ensemble pourra compenser les carences des uns et des autres et contribuer au bon développement de chacun. Sans oublier que laisser plus d’espace au système racinaire des arbres permet d’éviter de futures dégradations de la chaussée !

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Villiers-le-Bel : il faut imaginer que naturellement, le système racinaire d’un arbre occupe un volume à peu près similaire à celui de ses branchages. Dès lors, il n’est pas surprenant de constater les dégâts causés par certains arbres âgés et bien développés, qui furent à l’époque plantés dans des fosses beaucoup trop petites.

Il est donc crucial de réfléchir au maintien d’espaces de pleine terre, aussi continus que possible, au sein des villes. Bien sûr, l’artificialisation des sols est souvent inévitable : fondations des bâtiments, voiries, etc. Mais dans de nombreux cas, il serait possible de la réduire et de minimiser l’isolement des portions de sol maintenues, par exemple en organisant différemment le stationnement, les réseaux ou les aménagements piétons. Des opérations de « désartificialisation » – consistant à casser le bitume à des endroits sélectionnés pour remettre de la terre à la place – se multiplient dans plusieurs villes du globe7. Si elles démontrent qu’il est techniquement possible, et souhaitable, de restaurer des espaces de pleine terre en milieu urbain, elles remettent surtout en cause les pratiques habituelles consistant à imperméabiliser systématiquement tout espace bâti.

Il est infiniment plus simple, moins cher et moins dommageable pour l’environnement de conserver les écosystèmes existants, que de tenter de les réparer après leur destruction. Ainsi, les projets d’aménagement gagneraient à questionner sérieusement l’avenir qu’ils réservent au sol et à considérer la pleine terre comme une option « par défaut », à laquelle on ne doit renoncer que là où il y a une nécessité réelle d’artificialisation. Au vu des enjeux portés par les sols urbains, ces principes devraient devenir la norme et non plus l’exception.

1Vie et mort des sols, par Lydia et Claude Bourguignon (2011) – vidéo : https://youtu.be/pcrrA-Am6oQ

2Le sol acteur-clé des territoires et du climat, Ademe (2015) – vidéo : http://www.dailymotion.com/video/x3fo4my_le-sol-acteur-cle-des-territoires-et-du-climat_tech

3The dirt on soil: Underground biodiversity holds key to ecosystems, Renee Lewis (2015) : http://america.aljazeera.com/articles/2015/9/2/soil-biodiversity-helps-regulate-ecosystem-report.html?utm_source=&utm_medium=&utm_campaign

4Écosystèmes forestiers : diversité et fonction des champignons, Marc Buée et al. (2006) : https://www.researchgate.net/profile/Pierre-Emmanuel_Courty/publication/278772603_cosystmes_forestiers__diversit_et_fonction_des_champignons/links/558be86308ae40781c1f30b3.pdf

5Biodiversité et syndrome de dispersion dans les communautés de macrofaune du sol, Jérôme Mathieu (2015) : https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01342216

6Les arbres solidaires entre eux ? Ils s’échangent une ressource, le carbone !, Forestopic (2016) : http://www.forestopic.com/fr/foret/sciences-et-recherche/328-les-arbres-s-echangent-du-carbone-entre-eux

7Exemples de désartificialisation par l’association Depave (Portland, Oregon) : http://depave.org/learn/why-depave/