Zavit. Une nouvelle étude israélienne a présenté un moyen efficace et écologique de nettoyer les sols contaminés par des métaux lourds, qui implique quelques astuces. Quiconque a vu le film de 1986, Little Shop of Horrors, se souvient d’Audrey II, la plante carnivore parlante qui adorait le sang humain. Alors que le film prend des libertés créatives avec les capacités de la plante, le personnage d’Audrey II s’inspire de la flore naturelle comme les pièges à mouches de Vénus (Dionaea muscipula) et les feuilles des plantes Nepenthaceae, Sarraceniaceae et Cephalotaceae qui dévorent les insectes à la recherche de nectar. On peut même rapprocher le discours d’Audrey II (bien qu’exagéré pour un effet dramatique) d’un phénomène naturel dans lequel certaines plantes sont capables de communiquer entre elles via une signalisation chimique.
Mais la liste des capacités non conventionnelles présentées par les plantes ne s’arrête pas là. Présentée à la 49ème conférence annuelle pour la science et l’environnement en juillet dernier, une nouvelle étude israélienne a découvert un autre service écosystémique surprenant que certaines plantes peuvent fournir : la capacité d’absorber et d’éliminer une quantité inhabituellement importante de métaux polluants comme le cadmium, un métal commun composant dans les engrais, provenant de sols contaminés. Et curieusement, les chercheurs ont découvert que ces plantes peuvent purifier les sols encore plus rapidement si les plantes sont amenées à penser qu’elles sont attaquées ou mangées.
Souillé par les métaux
Eyal Grossman
Tant en Israël que dans le monde, la contamination des sols d’origine humaine est devenue une conséquence bien trop courante de l’activité industrielle et infrastructurelle moderne. En raison du raffinage du carburant, de l’utilisation de pesticides et d’engrais agricoles, des activités militaires et de la présence d’égouts municipaux et de décharges, les métaux lourds finissent par s’infiltrer dans les eaux souterraines et les couches de sol. Cela toxique non seulement l’environnement, mais nous expose également à un risque d’exposition directe via l’eau potable ou la consommation de produits agricoles. « Il y a quelques années, alors que je visitais l’Inde, j’ai vu de mes propres yeux la pollution de l’environnement et des sources d’eau», explique Eyal Grossman, étudiant diplômé et chercheur principal de l’École des sciences de l’environnement et de la Terre de l’Université de Tel Aviv.
Après avoir vu l’horreur que cela représentait et les difficultés que cela causait, il a compris à quel point il était important de traiter la pollution. « Je rêvais de traiter la pollution métallique par des moyens naturels », ajoute-t-il. Alors, combien de sol est contaminé par les métaux lourds ? Avec l’essor de l’industrie, de l’agriculture et de l’urbanisation, il est difficile d’y attribuer une valeur exacte et définitive, car des rapports sur la pollution des sols sont activement déposés. Plus de 10 millions de sites de pollution des sols ont été signalés dans le monde à ce jour, et plus de la moitié de ces sites sont contaminés par des métaux lourds et/ou des métalloïdes. Selon Eyal Grossman, « environ 28% du sol du continent européen est actuellement contaminé par un ou plusieurs métaux lourds à une concentration supérieure aux valeurs seuil fixées par le ministère finlandais de la Protection de l’environnement (MoEP)« .
Cela semble être un dilemme environnemental commun qui s’étend à tous les pays semi-hautement industrialisés, y compris Israël. À la suite d’une enquête sur la pollution des sols menée en 2014, le ministère de l’Environnement d’Israël a identifié 23100 zones localisées dans tout Israël qui sont ou ont le potentiel d’être contaminées par des opérations actuellement ou autrefois actives. L’aquifère côtier d’Israël en est un excellent exemple.
Entre les stations-service, les usines industrielles, les bases militaires et les décharges, la zone de la plaine côtière est devenue gravement polluée par des métaux lourds au fil des ans ; à tel point qu’en 2018, 8% de l’eau potable disponible dans la plaine côtière avait été contaminée et que près de 200 sites de forage d’eau souterraine (environ un quart des sites de forage d’Israël) avaient été fermés. Et réparer la terre n’est pas une mince affaire et cela coûte cher. Entre l’excavation, le transport et le traitement des sols pollués, le coût de l’assainissement des terres en Israël s’élève à lui seul à environ 9,8 Mds de shekels, un montant dont les pollueurs paient la majeure partie.
Ce fardeau financier se répète dans tous les pays industrialisés, entraînant un impact économique mondial cumulé dépassant les 10Md$ par an. « Le problème avec les métaux polluants du sol, c’est qu’ils ne se décomposent pas », explique Eyal Grossman. Sans traitement approprié des sols et traitement de la pollution à sa source, la concentration de métaux lourds dans le sol restera et augmentera probablement. Cependant, les métaux ne restent pas au même endroit dans le sol, c’est là que le problème commence : les métaux sont absorbés par les plantes et remontent inévitablement la chaîne alimentaire.
Dans les zones agricoles, par exemple, les métaux dangereux provenant des engrais, des pesticides, des eaux usées irriguées, des biosolides et du fumier peuvent s’accumuler dans les cultures et les animaux de ferme avant d’atteindre nos assiettes. Autrement dit, si les métaux évitent d’abord de s’infiltrer dans nos eaux souterraines pour contaminer plus tard l’eau potable dans nos verres. Quoi qu’il en soit, l’environnement en pâtit et la santé publique pourrait être gravement menacée, en particulier en ce qui concerne le plomb, l’arsenic ou le cadmium, tous des polluants métalliques courants particulièrement toxiques.
Oddly enough, the researchers found that these plants can purify soils even faster if the plants are tricked into thinking they are being attacked or eaten. Photo by Eyal Grossman
Définie par le CIRC (Centre International de Recherche sur le Cancer) comme un cancérogène certain pour l’homme, l’exposition au cadmium en particulier peut entraîner des complications de santé telles que des lésions rénales et des malformations osseuses. Sur le plan environnemental, des niveaux élevés de cadmium dans le sassafras (Sassafras tzumu), par exemple, altèrent les capacités photosynthétiques de l’arbre. Pour les besoins de la nouvelle étude israélienne, les chercheurs ont bricolé la phytoremédiation, une stratégie à base de plantes destinée à réduire la biodisponibilité des polluants dans le sol à l’aide de certaines plantes qualifiées d’hyperaccumulatrices : des plantes des centaines ou des milliers de fois plus efficaces pour stocker certaines métaux et métalloïdes dans leurs tissus organiques que ce qui est considéré comme normal pour la plupart des plantes.
Pourquoi ces plantes font-elles ça ?
« L’hypothèse la plus courante aujourd’hui est que les hyperaccumulateurs absorbent les métaux dans leur corps et les transfèrent aux feuilles pour éloigner les parasites qui évitent les métaux« , explique Eyal Grossman. À ce jour, environ 721 hyperaccumulateurs ont été identifiés, parmi lesquels des plantes communément connues comme le tournesol, le maïs et le colza (dont l’huile de canola est extraite). « Habituellement, les sols contaminés sont enlevés avec des bulldozers et envoyés dans une installation de traitement, ce qui coûte beaucoup d’argent, ou ils sont simplement enterrés ailleurs, auquel cas la pollution est simplement transportée et le problème reste sans solution« , explique Grossman.
Mais avec les centaines de plantes hyperaccumulatrices identifiées et le processus bien compris de phytoremédiation, nous pouvons plutôt nous asseoir et laisser la nature « faire son travail ». Sur la base des contaminants métalliques suspectés ou connus incrustés dans un site particulier, certains hyperaccumulateurs pourraient être plantés dans cette zone, et ces plantes pourraient idéalement absorber les métaux dans leurs tissus et ainsi améliorer la fertilité du sol au fil du temps. Ensuite, après la récolte des plantes, les métaux seraient retirés de l’environnement sans encourir de dépenses supplémentaires ni endommager la terre elle-même. De plus, ces plantes remplies de métal pourraient devenir une matière première importante plutôt que de se retrouver sous forme de déchets organiques mis au rebut et d’aller à l’encontre de leur objectif.
« Souvent, le biocarburant peut être fabriqué à partir des plantes contaminées », explique Eyal Grossman. Cependant, à ce jour, la méthode d’élimination des polluants n’a pratiquement pas été utilisée en dehors des limites des laboratoires et des serres. Eyal Grossman souligne que la principale raison pour laquelle cette méthode est négligée est que le taux de croissance des plantes est relativement lent. Cela signifie que cela peut prendre plusieurs années jusqu’à ce que tous les polluants soient complètement éradiqués du sol. Du coup, la méthode n’est souvent pas perçue comme économiquement viable, en particulier en Israël où la restauration rapide des terres est généralement entreprise en raison de la pression du développement immobilier et des infrastructures, qui ont tous deux tendance à exiger des solutions immédiates.
Absorber plus rapidement
En raison du temps plus court que souhaité pour faire revivre une zone de terre via la phytoremédiation, les chercheurs se sont demandé ce qui pourrait éventuellement accélérer le processus pour peut-être rendre la stratégie plus économiquement viable. La solution que les chercheurs ont découverte était inhabituelle : des dommages à la plante. Les chercheurs ont injecté du cadmium dans le sol en pot de 80 plants de tournesol communs, puis ont fait « penser » à un groupe de plants qu’ils étaient attaqués par des insectes. Pour ce faire, ils ont fait de petites perforations dans les feuilles avec un cure-dent et les ont aspergées d’acide jasmonique, une hormone végétale.
« Il est produit par presque toutes les plantes lorsque les parasites les attaquent, et il déclenche les mécanismes de défense de la plante« , explique Eyal Grossman. Les résultats de l’étude ont été plus qu’encourageants. La quantité de cadmium absorbée par le groupe de tournesols pulvérisés à l’acide et perforés était 40 % plus élevée que celle du groupe de tournesols qui n’avait reçu aucun traitement spécial. Selon Eyal Grossman, cela équivaut à réduire de près de moitié le temps nécessaire à une phytoremédiation efficace. De plus, il est à noter que les tournesols ayant reçu le traitement par pulvérisation et perforation n’ont subi aucun dommage inhibiteur.
Au lieu de cela, ce groupe de tournesols traités a poussé de manière identique au groupe non traité. « Nous travaillons déjà sur la prochaine expérience, dans laquelle nous examinerons si le cadmium est également stocké dans le corps de la plante, et pas seulement dans ses feuilles. C’est-à-dire si la plante absorbe encore plus de cadmium que nous ne le pensons », explique Eyal Grossman. « J’appelle les municipalités et les conseils locaux qui possèdent des terres contaminées qui seront bientôt abandonnées à coopérer avec le monde universitaire », déclare Eyal Grossman. « Il est dommage que les sites contaminés continuent de nuire à la santé des terres et du public, alors que vous appliquez plutôt des méthodes et des technologies de réhabilitation vertes viables, qui purifieront les terres pour le bénéfice de tous. »
Article de Omer Yerushalmi et Max Kaplan-Zantopp pour ZAVIT 13 oct. 2021
Cet article a également été publié dans NoCamels le 11 oct. 2021