Development of an artificial phytoremediation technology for soils contaminated by toxic metals

Résumé

À l’échelle mondiale, la contamination des sols et la pollution des eaux souterraines par les métaux toxiques (Pb, As, Cr, Ni, Zn, etc.) sont de plus en plus problématiques tant pour les écosystèmes que pour la santé humaine. Actuellement, la phytoextraction et la phytoaccumulation sont étudiées pour la décontamination des métaux, car elles offrent une option de traitement à faible coût. À partir d'une approche biomimétique, l'objectif général de ce travail est de proposer, au niveau conceptuel, une nouvelle technologie physico-chimique basée sur les mécanismes de transport de contaminants par les plantes. Afin d’atteindre ces objectifs, un montage expérimental a été construit en laboratoire permettant de tester certains matériaux et les facteurs de fonctionnement. Les sept métaux étudiés et analysés par ICP-MS ont été l’aluminium, l’arsenic, le cadmium, le chrome, le nickel, le plomb et le zinc. Une fibre cellulosique (M1) et une autre de polyester-polyamide (M2) ont été utilisées comme moyens capillaires, car ils possèdent un diamètre similaire aux vaisseaux du xylème, système de transport des plantes vasculaires. Sur la base d'un gradient de pression négative de 0.02 MPa⋅m-1, rapporté pour le système vasculaire des plantes, les pressions négatives étudiées ont été 0.011, 0.022, 0.045, 0.090 et 0.18 MPa⋅m-1, tandis que les pH des solutions ont été de 4 et 8. Les résultats montrent que le plus haut transport d’ions métalliques a été obtenu à pH 4, en l'ordre croissant : Cr<Pb=Al<As<Ni<Zn<Cd pour M1 et Cr <Pb =Al =As<Ni=Zn=Cd pour M2. Les différences dans le transport des ions entre M1 et M2, et exprimées en pourcentage de l’ion transporté, sont attribuées à la composition chimique des matériaux, en raison des quantités inégales de sites actifs sur la surface de chaque matériau, ainsi qu’à l'effet du pH sur les ions en solution. Sous des pressions négatives, les matériaux se comportent comme des membranes. Ainsi, le débit de solution (mL⋅h-1) augmente avec la pression et la concentration des ions métalliques (mg⋅L-1) ne montre pas de changements significatifs. De plus, un coefficient de transport (TCHM), dépendant du métal et du matériau, a été obtenu. Une valeur de TCHM=1 signifie qu’il n’y a pas d’interactions entre l’ion métallique et le matériau et place le matériau au niveau d’une espèce végétale hyperaccumulatrice; l’indicateur est utile pour évaluer indirectement la concentration de métal dans le sol. En intégrant les résultats obtenus en laboratoire à un modèle conceptuel simplifié, les principes d’une technologie artificielle de phytoremédiation ont été mis en évidence. Cette technologie doit être la base pour le développement d'une nouvelle famille de technologies qui peuvent aider à réduire certains impacts négatifs sur les sols causés par les méthodes traditionnelles de décontamination.

Date	22 juil. 2013
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Robert Hausler (Directeur(-trice)) & Mathias Glaus (Codirecteur(-trice))