L’application de l’agromine à des zones ultramafiques délaissées constitue un enjeu majeur à la vue des surfaces potentiellement valorisables. Par contre, les sols ultramafiques sont particuliers avec de fortes concentrations en métaux et une quasi absence de matière organique. Malgré tout, la mise en place de l’agromine a déjà donné de bons résultats, couplée avec l’application d’herbicides et une fertilisation minérale. Notre défi a été de développer une agromine durable par la mise en place d’agro-écosystèmes basés sur l’introduction d’une légumineuse en association avec une plante hyperaccumulatrice et la suppression de tout intrant chimique. Nos résultats ont confirmé clairement que l'introduction d'une légumineuse dans l’agromine a amélioré la production de biomasse de Alyssum murale et les rendements de nickel par rapport à sa monoculture fertilisée et non fertilisée. Nos travaux ont également montré que l'insertion d'une légumineuse dans l’agromine permet d’améliorer la structure du sol avec des agrégats plus stables. De plus, de meilleures teneurs en carbone, azote et en matière organique ont été détectées. L’ensemble de ces éléments conduit ainsi à une amélioration globale de la structure du sol, de sa fertilité et de son biofonctionnement. Corrélativement, nos résultats ont mis en évidence les effets positifs de ces nouvelles pratiques, à la fois sur la taille, la diversité et les acitivités liées aux cycles biogéochimiques des communautés bactériennes. D’un point de vue écononique, l’introduction de la légumineuse dans l’agromine implique un gain financier et de temps du fait de la réduction de l'application d’engrais et de produits phytosanitaires. Enfin, tous ces avantages conduisent à une réhabilitation des sols ultramafiques avec une restauration de leurs qualités physique, chimique et biologique, tout en permettant à ces sols particuliers d’offrir plusieurs services écosystémiques / The application of agromining to abandoned ultramafic areas is a major challenge in the presence of potentially recoverable areas. Howerver, ultramafic soils are particular in terms of their fertility with high concentrations of metals and a near absence of organic matter. Nevertheless, this challenge was partly met by the application of chemical fertilizers and herbicides. Our challenge, through this PhD, was to develop a sustainable agro-ecosystem based on the introduction of a legume in association with the hyperaccumulating plant and then the reduction of any chemical input. Our results clearly confirmed that the introduction of a legume into these new cropping systems improved both the biomass production of Alyssum murale and the Ni yields in comparison to the fertilized and non-fertilized monoculture. Our work has also shown that the insertion of a legume into agromining cropping systems improves the structure of the soil due to stable and larger aggregates. In addition, higher levels of carbon and nitrogen and higher concentrations of organic matter were detected. These results led to an overall improvement of the soil structure, its fertility and its biofunctioning. Our results showed positive effects of these new cropping systems, both on the size of the bacterial communities and on the microbial enzymes involved in the soil biogeochemical cycles. In addition, the structure and diversity of bacterial communities were modified with the insertion of the legume, compared to the monoculture. Economically, the introduction of legume into cropping systems dedicated to Ni agromining involves a gain of money and time due to reduced application of mineral fertilizers as well as products of phytosanitary. Finally, all these benefits lead to the rehabilitation of ultramafic soils with the restoration of their physical, chemical and biological qualities while allowing these particular soils to offer many ecosystem services

Cette recherche s’inscrit dans le contexte de la conception d’une filière originale comprenant la phytoextraction du nickel par la plante hyperaccumulatrice Alyssum murale, endémique des sols de serpentine d’Albanie et de sa valorisation de ce nickel, l’objectif étant d’arriver à un produit à haute valeur ajoutée. Les sols de serpentine peuvent être considérés comme une ressource secondaire. Ils contiennent des concentrations élevées en nickel mais à des teneurs insuffisantes pour être exploités par l’industrie minière. La plante Alyssum murale peut extraire et concentrer le nickel dans ses tissus. Le nickel présent dans la biomasse a pu être solubilisé quasiment totalement à l’acide sulfurique, en réacteur fermé puis à contre-courant en trois étapes. Cette lixiviation a produit une solution contenant du nickel lié à des molécules organiques ainsi que d’autres métaux et composés organiques. Les procédés de raffinage directs comme la précipitation sélective ou l’électroplaquage n’ont pas permis d’isoler le nickel. Deux voies ont été explorées : (i) l’extraction par un solvant organique sélectif du nickel (Cyanex 272) suivie d’une contre extraction par une solution aqueuse et électrodéposition et (ii) la cristallisation d’un sel double à partir du lixiviat préparé après incinération de la biomasse. La première voie a permis d’obtenir le nickel métal sous forme de cathode, la seconde a conduit au sel double sulfate de nickel et d’ammonium. Les produits ont été caractérisés par différentes techniques. Une étude technico-économique a montré le fort potentiel économique de la production de sel double / This research has been done in the context of the design of an original method aiming at obtaining high added value products of nickel, combining phytoextraction and valorization. Phytoextraction is conducted with the hyperaccumulating plant Alyssum murale, endemic species of serpentine soils in Albania. Serpentine soils can be considered as secondary resources: they contain high concentrations of nickel, which are not high enough for conventional mining techniques. The plant Alyssum murale can extract and concentrate nickel in its tissues. Nickel present in the biomass could be almost totally solubilized in batch reactor and with a 3 step countercurrent process. This leaching produced a solution containing nickel bound to organic molecules and other metals and organic compounds as well. Direct separation processes (e.g. selective precipitation and electrowinning) did not enable us to obtain nickel. Two methods have been investigated: (i) extraction by an organic nickel –selective solvent (Cyanex 272), extraction by an aqueous solution and electrowinning and (ii) crystallization of a double salt, nickel ammonium sulfate, from a leaching solution obtained from biomass ashes. Nickel products were characterized by different techniques. A technico-economical study showed the high commercial potential of the double salt production.

Certaines plantes, dites hyperaccumulatrices, ont la capacité de se développer sur des sols riches en métaux et d’accumuler ces métaux à des concentrations élevées. L’incinération de la biomasse produit des cendres qui contiennent de 10 à 25% en masse de Ni. Ce travail s’inscrit dans la continuité d’une recherche menée par l’équipe depuis plusieurs années, qui a donné lieu notamment à un brevet sur la production du sel double sulfate de nickel et d’ammonium hexahydraté (ANSH) à partir de la biomasse d’Alyssum murale. Le manuscrit comprend d’abord une synthèse bibliographique sur la phytomine, allant des hyperaccumulateurs aux procédés de valorisation, essentiellement centrée sur le nickel. Ensuite, ont été comparées quinze plantes hyperaccumulatrices (des genres Alyssum, Leptoplax et Bornmuellera) provenant d’Albanie ou de Grèce, en vue de leur application pour la phytomine. Les teneurs en nickel ont été mesurées dans les différents organes des plantes et dans les cendres obtenues par combustion. Les trois genres ont de l’intérêt pour l’application, les plantes contiennent 1 à 3% en masse de nickel et les cendres 15 à 20 %. Le procédé hydrométallurgique de production d’ANSH a été étudié étape par étape en vue d’optimiser chaque étape pour produire un sel très pur tout en économisant matière et énergie et minimisant la production d’effluents et de déchets. Ce travail a conduit à l’amélioration du procédé de départ. Enfin, de nouvelles pistes ont été proposées pour conduire à de nouveaux procédés et produits du nickel. Les résultats obtenus et la dynamique actuelle autour de la phytomine montrent l’intérêt de cette approche et annoncent son développement imminent / Some plants, known as hyperaccumulators, are able to develop on metal containing soils and to accumulate these metals at high concentrations in shoots. Biomass incineration leads to ash containing 10 to 25 wt % nickels, greater than in some mineral ores. This work follows a research that has been carried out by the team for several years, which has resulted in a patent on the hydrometallurgical production of the double salt ammonium and nickel hexahydrate (ANSH) from the biomass of Alyssum murale. It aims at improving the synthesis method of this salt in order to upscale it at the pilot scale and explore new methods leading to new products. The manuscript begins with a bibliographic review on phytomining from hyperaccumulators to metal recycling processes, essentially focused on nickel. Then ca 15 hyperaccumulator plants (genus Alyssum, Leptoplax and Bornmuellera) collected in Greece or Albania have been compared, in the objective of phytomining. Nickel concentrations were measured in the plant organs and in the ashes after combustion. The three types of plants are of great interest for the technology, they contain 1 to 3 wt % of nickel and the ashes 15 to 20%. The hydrometallurgical process of ANSH production was investigated step by step to optimize each step to produce a salt of high purity, to decrease materials and energy consumption and to minimize effluent and waste production. The process was thus improved. Eventually, new ideas have been tested for new processes and nickel products. The obtained results and the current dynamics prove the interest of phytomining and announce its imminent development