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My master's work was done within the context of the PhytoVaLix project, a research project that brings together researchers from the Université de Montréal and private companies. The goal of this project is to develop a technology for the phytotreatment of leachate from engineered landfill sites using willows to replace conventional techniques. A filtering plantation of miyabeana willow (Salix miyabeana) is currently in place on the experimental site. The willows are watered with leachate so that they use ammoniacal nitrogen, the main pollutant, for their growth. In my study, I focused on the morphological and physiological responses developed by four willow species when subjected to various treatments combining flooding and nitrogen overfertilization. The study aimed to compare the potential of these species for nitrogenous water phytoremediation as well as two leachate application methods. Responses to flooding and overfertilization with nitrogen varied and reveal much about the strategies adopted by each species. The biomass of S. miyabeana, S. amygdaloides and S. nigra was not impacted by the leachate treatments, while S. bebbiana suffered greatly from the flooding periods. The native species S. nigra and S. amygdaloides positively stood out in their ability to remove nitrogen from leachate (>75 kg/ha). It would be relevant to continue research on these two with the aim of using them in projects where leachate phytotreatment and biodiversity go hand in hand. / Mon travail de maitrise a été réalisé dans le cadre du projet PhytoVaLix, un projet de recherche qui réunit des chercheurs de l'Université de Montréal et des entreprises privées. Le but de ce projet est de développer une technologie de phytotraitement de lixiviat provenant de lieux d’enfouissement technique à l’aide de saules pour remplacer les techniques conventionnelles. Une plantation filtrante de saule miyabeana (Salix miyabeana) est présentement en place sur le site expérimental. Les saules y sont arrosés avec du lixiviat afin qu’ils utilisent l’azote ammoniacal, le polluant principal, pour leur croissance. Dans mon étude, je me suis intéressée aux réponses morphologiques et physiologiques développées par quatre espèces de saule lorsqu’elles sont soumises à divers traitements combinant l’inondation et la surfertilisation à l’azote. L’étude avait comme objectif de comparer le potentiel de ces espèces pour la phytoremédiation d’eau azotée et de deux méthodes d’application du lixiviat. Les réponses à l’inondation et à la surfertilisation à l’azote furent variées et en révèlent beaucoup sur les stratégies adoptées par chacune des espèces. La biomasse de S. miyabeana, S. amygdaloides et S. nigra ne fut pas impactée par les traitements de lixiviat, alors que S. bebbiana a grandement souffert des périodes d’inondation. Les espèces indigènes S. nigra et S. amygdaloides se sont positivement démarqués quant à leur capacité à retirer l’azote du lixiviat (>75 kg/ha). Il serait pertinent de continuer à faire des recherches sur celles-ci dans le but de les utiliser dans des projets où le phytotraitement du lixiviat et la biodiversité vont de pair.

Les sites industriels abandonnés présentent souvent des sols ayant des propriétés physico-chimiques atypiques et des concentrations élevées en métaux traces, rendant leur dépollution coûteuse de surcroît quand les superficies sont grandes. Les phytotechnologies, comme la phytoremédiation, émergent alors comme des options économiques et socialement acceptables. Cette étude, conduite en conditions semi-contrôlées, a examiné la capacité de saules (Salix miyabeana 'SX67') et de peupliers (Populus DNxM '915508') à phytoremédier des sols contaminés, notamment par le cuivre, et a comparé leurs performances suivant l’application de frass, un résidu de l’élevage d’insectes, et de fumier de poule, tous deux produits dans une démarche d’économie circulaire. Dans l'ensemble, aucune tendance claire n'a pu être identifiée entre les traitements et les espèces concernant la production de biomasse, les paramètres physiologiques, ou l'assimilation des éléments traces. Cependant, les saules amendés avec du frass ont atteint une hauteur moyenne de 210 cm, significativement supérieure à celle des saules non fertilisés. Les concentrations de cuivre extrait par les plantes n'ont pas été affectées par les deux types d'amendements organiques. Comme pour le cuivre, qui a montré des concentrations de 407 mg kg-1 dans les racines et de 14 mg kg-1 dans les parties aériennes, la majorité des dix éléments étudiés a été principalement retrouvée dans les racines. Seuls le zinc et le cadmium ont montré un facteur de translocation supérieur à un. En ce qui concerne les différentes fractions de cuivre dans le sol, aucune différence significative n'a été observée entre les traitements pour les fractions labiles et phytodisponibles, bien qu'une tendance puisse être notée pour les peupliers amendés avec du fumier. Les macronutriments tels que l'azote et le phosphore ont montré une interaction complexe impliquant les espèces, les amendements, et la contamination en cuivre. Malgré des résultats ambigus et une complexité inattendue, cette étude semble indiquer que le frass et le fumier de poule sont des matériaux efficaces en comparaison des engrais inorganiques communément utilisés. Néanmoins, ils soulignent également la nécessité d'une recherche plus approfondie sur l'utilisation de ces amendements organiques issus de l'économie circulaire afin d'optimiser leur utilisation. Une telle exploration, en alignement avec les principes de durabilité et de recyclage, pourrait éventuellement orienter nos stratégies vers des solutions plus efficaces, viables et économiques, contribuant ainsi à l'avenir de la restauration écologique des terrains industriels abandonnés. / Brownfield sites, characterized by soils with atypical physicochemical properties and high trace element (TE) concentrations, are generally expensive to decontaminate especially when large areas are involved. Economical and socially approved phytotechnologies, such as phytoremediation, offer environmentally conscious solutions that require an approach distinct from those using chemical fertilizers in industrial or agricultural contexts. This study, conducted under semi-controlled conditions, examined the ability of willows (Salix miyabeana 'SX67') and poplars (Populus DNxM '915508') to phytoremediate contaminated soils, especially those contaminated with copper, and compared their performance following the application of frass, a residue from insect breeding, and chicken manure, both produced in a circular economy approach. The study examined biomass production, specific physiological properties, and the assimilation of copper and other trace elements into plant tissues. Results showed no discernible pattern between the treatments and the species. However, willows treated with frass achieved significantly greater heights, averaging 210 cm. Neither organic amendment influenced the level of copper phytoextracted with, in most cases, higher concentrations of trace elements in roots rather than in the aerial parts, exemplified by copper levels of 407 mg kg-1 in roots and only 14 mg kg-1 in leaves. Notably, only zinc and cadmium had translocation factors greater than one. Concerning soil copper fractions, there were no statistical differences in both labile and phytoavailable copper across treatments despite a visible trend for frass-amended poplars. Macronutrients such as nitrogen and phosphorus demonstrated complex interactions dependent on the species, amendments, and Cu contamination. Despite ambiguous results and unexpected complexity, this study seems to indicate that frass and chicken manure are effective materials compared to commonly used inorganic fertilizers. However, they also emphasize the need for more in-depth research on the use of these organic amendments from the circular economy to optimize their utilization. Such exploration, in alignment with principles of sustainability and recycling, could potentially guide our strategies towards more effective, viable, and economical solutions, thereby contributing to the future of ecological restoration of abandoned industrial sites.

Le curage des sédiments des cours d'eau est nécessaire pour limiter les risques d'inondations et permettre la navigation fluviale. A cause des activités humaines, les sédiments de curage sont souvent contaminés en métaux, ce qui rend leur gestion problématique. Dans ce contexte,la phytostabilisation, une technique de traitement consistant à utiliser des plantes et des amendements minéraux pour réduire la mobilité des métaux dans des matrices solides contaminées, a été testée sur un sédiment de curage prélevé à proximité d'une fonderie de zinc et contaminé principalement par cet élément. Les plantes (Agrostis tenuis et Festuca rubra) ont été cultivées en serre, dans des mésocosmes d'environ 40 kg, qui contenaient l'un des trois substrats suivants : sédiment, sédiment + hydroxylapatite et sédiment + amendement sidérurgique ; des mésocosmes témoins non-végétalisés ont été placés dans les mêmes conditions. L'objectif principal de ce travail était de caractériser l'évolution de la spéciation du zinc induite par deux ans de phytostabilisation. Dans un premier temps, les associations géochimiques du zinc dans les différents milieux ont été observées sur des lames minces à l'échelle du micromètre grâce à l'utilisation combinée de techniques de micro-analyse (MEB-EDS, μXSRF). La spéciation du zinc dans chacune de ces associations a ensuite été déterminée par spectroscopie EXAFS résolue latéralement (μEXAFS). Le traitement des spectres μEXAFS par analyse en composantes principales (ACP) a permis l'identification de la sphalérite (ZnS), de la gahnite (ZnAl2O4) et de la franklinite (ZnFe2O4), qui sont des minéraux primaires certainement d'origine anthropique, et de la ferrihydrite (oxyhydroxyde de fer mal cristallisé) zincifère, d'une association zinc-phosphate, d'un phyllosilicate zincifère et de l'hydrotalcite (oxyhydroxyde d'aluminium) zincifère. Dans un second temps, les espèces zincifères ainsi identifiées ont été quantifiées à l'échelle macroscopique par spectroscopie EXAFS sur poudre. Les spectres EXAFS ainsi obtenus ont été simulés par combinaisons linéaires des spectres EXAFS des espèces zincifères précédemment identifiées, ce qui a permis d'évaluer l'effet du traitement sur la spéciation moyenne du zinc. En deux ans, elle a évolué de façon significative dans les mésocosmes amendés non-végétalisés, puisque l'on observe une diminution de la proportion de ZnS, la phase zincifère initialement majoritaire dans le sédiment, et la néoformation d'un phosphate de zinc. L'évolution de la spéciation du zinc est spectaculaire dans les mésocosmes végétalisés (amendés ou non), puisque dans ce cas, ZnS a été totalement oxydée et d'autres phases zincifères, telles qu'un phosphate de zinc et un phyllosilicate zincifère et / ou de l'hydrotalcite zincifère, se sont formées. La gahnite et la franklinite n'ont été observées qu'à l'échelle microscopique et sont donc des phases minoritaires. L'étude de la surface des racines des plantes par MEB-EDS, μSXRF et μEXAFS a permis de mettre en évidence la présence de précipités d'oxydes de manganèse (birnessite) riches en zinc, et parfois en plomb et en cuivre. Cette espèce chimique a été observée uniquement à la surface des racines et représente probablement une contribution minoritaire au processus global de l'immobilisation du zinc. Au bout de deux années, la phytostabilisation a permis la formation de phases zincifères plus stables que ZnS dans les conditions atmosphériques d'un dépôt de surface, indiquant que le zinc présent dans le sédiment phytostabilisé est potentiellement moins mobile que dans le sédiment seul. Ainsi, dans notre cas, la phytostabilisation limiterait donc la dispersion du zinc dans l'environnement.

Mon mémoire de maîtrise a été réalisé dans le cadre du projet Génorem (www.genorem.ca), un projet multidisciplinaire qui réunit différents chercheurs de l'Université de Montréal et de l'Université McGill dans le but d'améliorer les techniques utilisées en bioremédiation. Dans le cadre de l'étude, des saules à croissance rapide (Salix sp.) ont été utilisés comme plantes modèles dans l'étude. Ainsi, 11 cultivars de saule ont été suivis afin de déterminer leur potentiel à produire un bon rendement de biomasse, à tolérer des conditions de stress sévère causé par la présence de HAPs (hydrocarbures aromatiques polycycliques) , BPCs (biphényles polychlorés) et d'hydrocarbures pétroliers C10-C50. L'expérimentation consistait en une plantation de saule à forte densité qui a été mise en place en 2011 sur le site d'une ancienne industrie de pétrochimie à Varennes, dans le sud du Québec. Les boutures des génotypes sélectionnés ont été plantées sur une superficie d'environ 5000 m2. Les plantes ont été suivies pendant les deux saisons de croissance suivant le recépage et une série de paramètres de croissance et de mesures physiologiques ont été récoltés (surface foliaire, taux de chlorophylle, conductance stomatique et statut nutritionnel) dans le but d'évaluer et de comparer les performances de chaque génotype sur un sol pollué. Les analyses statistiques ont démontré que le cultivar S. miyabeana (SX61) était le meilleur producteur de biomasse sur le site contaminé, tandis que S. nigra (S05) et S. acutifolia (S54) présentaient la meilleure capacité photosynthétique. S. dasyclados (SV1), S. purpurea (‘Fish Creek’) et S. caprea (S365) ont semblé particulièrement affectés par la présence de contaminants. La capacité d'établissement et la croissance de S. nigra (S05), S. eriocephala (S25) and S. purpurea x S. miyabeana (‘Millbrook’) indiquent une tolérance globale supérieure à la pollution . Cette analyse comparative des différentes réponses physiologiques des saules cultivés sur un sol contaminé pourra guider le processus de sélection de plantes et les techniques de bioremédiation dans les futurs projets de phytoremédiation. / My master thesis is part of a larger multidisciplinary initiative called GenoRem (www.genorem.ca). GenoRem brings together scientists from Université de Montréal and McGill University in a quest to improve bioremediation techniques through molecular and biological processes. Eleven fast-growing willow (Salix sp.) cultivars were studied, primarily to identify those that produce high biomass yields, demonstrate capacity to thrive under harsh environmental conditions and to tolerate the presence of PAHs (polycyclic aromatic hydrocarbons), PCBs (polychlorinated biphenyls) and C10-C50. A high-density field experiment was undertaken during the summer of 2011 on a former petrochemical industrial site in southern Québec, Canada. Cuttings of selected willow genotypes were planted on an area covering ~5000 m². Plants were monitored over the two growing seasons that followed the coppicing by recording a series of growth parameters and physiological measurements (specific leaf area, chlorophyll concentration, stomatal conductance and nutrient concentration) in order to compare growth performance of each genotype on contaminated soils. S. miyabeana cultivars (SX61) achieved the highest biomass production, while S. nigra (S05) and S. acutifolia (S54) had the highest photosynthetic capacity. S. dasyclados (SV1), S. purpurea (‘Fish Creek’) and S. caprea (S365) were negatively affected by the presence of contaminants The establishment capacity and development of S. nigra (S05), S. eriochephala (S25) and S. purpurea X S. miyabeana (‘Millbrook’) were globally less influenced by soil pollution. This comparative analysis of physiological responses of willow on contaminated soil will guide plant selection processes and bioremediation practices in future phytoremediation projects.

Les métaux lourds (ML) s’accumulent de plus en plus dans les sols à l’échelle mondiale, d’une part à cause des engrais minéraux et divers produits chimiques utilisés en agriculture intensive, et d’autre part à cause des activités industrielles. Toutes ces activités génèrent des déchets toxiques qui s’accumulent dans l’environnement. Les ML ne sont pas biodégradables et leur accumulation cause donc des problèmes de toxicité des sols et affecte la biodiversité des microorganismes qui y vivent. La fertilisation en azote (N) est une pratique courante en agriculture à grande échelle qui permet d’augmenter la fertilité des sols et la productivité des cultures. Cependant, son utilisation à long terme cause plusieurs effets néfastes pour l'environnement. Par exemple, elle augmente la quantité des ML dans les sols, les nappes phréatiques et les plantes. En outre, ces effets néfastes réduisent et changent considérablement la biodiversité des écosystèmes terrestres. La structure des communautés des champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) a été étudiée dans des sols contaminés par des ML issus de la fertilisation à long terme en N. Le rôle des différentes espèces de CMA dans l'absorption et la séquestration des ML a été aussi investigué. Dans une première expérience, la structure des communautés de CMA a été analysée à partir d’échantillons de sols de sites contaminés par des ML et de sites témoins non-contaminés. Nous avons constaté que la diversité des CMA indigènes a été plus faible dans les sols et les racines des plantes récoltées à partir de sites contaminés par rapport aux sites noncontaminés. Nous avons également constaté que la structure de la communauté d'AMF a été modifiée par la présence des ML dans les sols. Certains ribotypes des CMA ont été plus souvent associés aux sites contaminés, alors que d’autres ribotypes ont été associés aux sites non-contaminés. Cependant, certains ribotypes ont été observés aussi bien dans les sols pollués que non-pollués. Dans une deuxième expérience, les effets de la fertilisation organique et minérale (N) sur les différentes structures des communautés des CMA ont été étudiés. La variation de la structure de la communauté de CMA colonisant les racines a été analysée en fonction du type de fertilisation. Certains ribotypes de CMA étaient associés à la fertilisation organique et d'autres à la fertilisation minérale. En revanche, la fertilisation minérale a réduit le nombre de ribotypes de CMA alors que la fertilisation organique l’a augmenté. Dans cette expérience, j’ai démontré que le changement de structure des communautés de CMA colonisant des racines a eu un effet significatif sur la productivité des plantes. Dans une troisième expérience, le rôle de deux espèces de CMA (Glomus irregulare et G. mosseae) dans l'absorption du cadmium (Cd) par des plants de tournesol cultivés dans des sols amendés avec trois niveaux différents de Cd a été évalué. J’ai démontré que les deux espèces de CMA affectent différemment l’absorption ou la séquestration de ce ML par les plants de tournesol. Cette expérience a permis de mieux comprendre le rôle potentiel des CMA dans l'absorption des ML selon la concentration de cadmium dans le sol et les espèces de CMA. Mes recherches de doctorat démontrent donc que la fertilisation en N affecte la structure des communautés des CMA dans les racines et le sol. Le changement de structure de la communauté de CMA colonisant les racines affecte de manière significative la productivité des plantes. J’ai aussi démontré que, sous nos conditions expériemntales, l’espèce de CMA G. irregulare a été observée dans tous les sites (pollués et non-pollués), tandis que le G. mosseae n’a été observé en abondance que dans les sites contaminés. Par conséquent, j’ai étudié le rôle de ces deux espèces (G. irregulare et G. mosseae) dans l'absorption du Cd par le tournesol cultivé dans des sols amendés avec trois différents niveaux de Cd en serre. Les résultats indiquent que les espèces de CMA ont un potentiel différent pour atténuer la toxicité des ML dans les plantes hôtes, selon le niveau de concentration en Cd. En conclusion, mes travaux suggèrent que le G. irregulare est une espèce potentiellement importante pour la phytoextration du Cd, alors que le G. mosseae pourrait être une espèce appropriée pour phytostabilisation du Cd et du Zn. / Trace metals (TM) are continually world-wide added to soils through the intensive use of mineral fertilizers and agriculture chemicals, together with industrial and other activities generating toxic wastes. Problems associated with metal-contaminated soil exists because TM are not biodegradable. TM that accumulate in soils affect the biodiversity of soil microorganisms. Nitrogen (N) fertilization is a widespread practice to increase soil fertility and crop production. However, the long-term use of N fertilization causes many detrimental effects in the environment. The intensive use of N fertilization increase TM input in soils, and in extreme cases, N fertilization result in TM pollution of the surrounding soil and water and increase TM concentration in plant tissues. In addition, the long-term use of N fertilizers changes and declines the biodiversity of above and underground ecosystems. The community structure of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) was investigated in TM contaminated and long-term N fertilized soils. In addition, the role of different AMF species in TM uptake or sequestration was investigated. In the first experiment, AMF community structure was analyzed from non-contaminated and TM contaminated sites. We found the diversity of native AMF was lower in soils and plant roots harvested from TM polluted soils than from unpolluted soils. We also found that the community structure of AMF was modified by TM contamination. Some AMF ribotypes were more often associated with TM contaminated sites, other ribotypes with uncontaminated sites, while still other ribotypes were found both in polluted and unpolluted soils. In the second experiment, the effect of different organic and mineral N fertilization on AMF community structure was investigated. Variation in root-colonizing AMF community structure was observed in both organic and mineral fertilization. Some AMF ribotypes were more affiliated to organic fertilization and other to mineral fertilization. In addition, mineral fertilization reduced AMF ribotypes number while organic fertilization increased AMF ribotypes number. In this experiment, it was demonstrated that change in root-colonizing AMF community structure had a significant effect on plant productivity. In the third experiment, the role of different AMF species (G. irregulare and G. mosseae) in TM uptake by sunflower plants grown in soil amended with three different Cd levels was evaluated. It was demonstrated that AMF species differentially affected TM uptake or sequestration by sunflower plants. This experiment supported a different effect of AMF in TM uptake based on Cd concentration in soil and the AMF species involved. Our research demonstrated that TM and N fertilization affected and shifted AMF community structure within roots and soils. It was shown that change in root-colonizing AMF community structure significantly affected plant productivity. In this study, it was showed that the AMF species G. irregulare was recorded in all uncontaminated sites while G. mosseae was the most abundant AMF species in TM contaminated sites. Therefore, the role of G. irregulare and G. mosseae in Cd uptake by sunflower plants grown in soils amended with three different Cd levels was investigated. The results indicated that AMF species mediate different mechanisms to alleviate TM toxicity in host plants, depending on AMF species and soil Cd level involved. We hypothesize that G. irregulare is a potentially important species for Cd phytoextration processes, while G. mosseae might be a suitable candidate for Cd and Zn phytostabilization processes.

La phytoremédiation s’impose depuis peu comme une alternative de décontamination des sols accessible et soucieuse de l’environnement. Le projet présenté ici a permis de tester, en serre, un traitement sur des sols modérément contaminés aux éléments traces (ET) (Cd, Cu, Pb et Zn), et comportant deux niveaux de contamination organique. L’étude, imbriquée au projet Génorem, a été réalisée à l’aide de plants de Salix purpurea et de mycorhizes Glomus irregulare. Les objectifs étaient 1) d’étudier l’effet de la présence des mycorhizes introduites sur le processus d’absorption des ET, ainsi que l’efficacité générale du traitement ; 2) de déterminer l’influence des processus de transfert et de mise en solution des ET au sein de la rhizosphère sur leur taux d’accumulation par les plantes, et 3) de mesurer l’impact des caractéristiques des sols et de la contamination organique sur la phytoextraction. La présence des mycorhizes inoculées n’a été perceptible ni sur l’accumulation et le transfert des ET, ni sur la production de biomasse. Seules les concentrations solubles de Cu et de Pb se sont avérées moins importantes dans la rhizosphère des sols inoculés que dans la matrice de sol. La performance des plants quant à leur niveau d’accumulation s’est avérée intéressante pour le Cd (moyennes de 2,80 à 10,1 mg/kg) et le Zn (de 54,1 à 410 mg/kg). Ces éléments se sont accumulés surtout dans les parties aériennes des plantes, alors que le Cu et le Pb ont plutôt été stockés dans les racines. Les concentrations solubles avaient pour la plupart augmenté entre le début et la fin de l’expérience, et les différences entre ces concentrations et les concentrations totales, dans la rhizosphère et la matrice, ont démontré que le temps de réponse du sol pour fournir aux plantes les éléments biodisponibles n’était pas un facteur limitant du système dans la plupart des cas. Les concentrations initiales totales dans les sols ont été corrélées à celles dans les parties des plantes uniquement pour le Cu dans les tiges (R2 : 0,54) et les racines (R2 : 0,58) des saules. Les facteurs de fertilité ont permis d’expliquer une part de la variance des concentrations (10 % du total de 25 % pour le Cd, 49 % du total de 36 % pour le Cu-aérien, et 28 % du total de 71 % pour le Cu-souterrain) et des quantités (15 % du total de 30 % pour le Cd) accumulées. La contamination mixte (organique et inorganique) n’a pas entravé l’extraction des ET, ni la dégradation des composés organiques. / Phytoremediation is a relatively new, low cost and environmentally friendly alternative method to decontaminating soils. This research, which involved Salix purpurea plants and Glomus irregulare mycorrhizae, was conducted through the Génorem project in a greenhouse. We tested a treatment on soils, which were contaminated with moderate amounts of trace elements (TE) (Cd, Cu, Pb and Zn), as well as with organic compounds (on two levels of concentration). The objectives were 1) to study the effect of the introduced mycorrhizae on TE’s absorption process, as well as the general treatment efficiency; 2) to determine the influence of TE transfer and solubilization processes at work within the rhizosphere on their accumulation rates by the plants, and 3) to measure the impact of soil characteristics as well as the organic contamination on phytoextraction. The presence of inoculate mycorrhizae was not noticeable on the accumulation or transfer of TE, nor was it on the biomass production. However, soluble concentrations of Cu and Pb were less important in the soil rhizosphere of the inoculated soils than in the soil matrix. Plants performance in regard to their accumulation was considerable for Cd (average of 2,80 to 10,1 mg / kg) and Zn (from 54.1 to 410 mg / kg). These elements were mainly accumulated in aboveground tissues, while Cu and Pb were instead stored in the roots. Additionally, most of the soluble concentrations had increased between the beginning and the end of the experiment. This, combined with the differences between the soluble and total-recoverable concentrations in the rhizosphere and the matrix, showed that the soil’s response in terms of time to provide bioavailable TE to plants was not a limiting factor of the system in most cases. Total initial soil concentrations were only correlated to concentrations plant tissues in the case of Cu within stems (R2 : 0,54), and within roots (R2 : 0,58). Fertility and availability factors allowed to explain parts of the variance in concentrations (10% of the total 25% for Cd, and 49% of the total 36% for Cu-aboveground, and 28% of the total 71% for Cu-aboveground), and content (15% of the total 30% for Cd) accumulated. Mixed contamination (organic and inorganic) did not significantly impede the TE extraction, neither the organic compounds degradation.

Cette étude vise à évaluer le rôle du silicium (Si) sur l’amélioration de la croissance et de la tolérance au cuivre (Cu) du bambou, plante utilisée en phytoremédiation. Plusieurs approches ont été choisies. Dans un premier temps, la répartition et la variabilité de Cu et Si ont été étudiées dans plusieurs espèces de bambous se développant dans un contexte pédoclimatique naturel afin d’établir des concentrations de référence pour ces éléments. Des cultures hydroponiques ont ensuite permis de caractériser de manière macroscopique la réponse des bambous à des apports de Si et Cu, et, parallèlement, d’étudier la spéciation de Cu et la localisation de Si et Cu au sein des différents organes du bambou (racines, tiges, feuilles).Les concentrations en Si et Cu présentent des différences significatives entre les principaux types de bambous, suggérant l’importance d’un caractère génotypique responsable de l’absorption de ces éléments. Face à une toxicité au cuivre, un apport de Si modifie la spéciation de Cu dans les tissus du bambou, sans toutefois améliorer significativement sa tolérance. Il apparaît que la stratégie principale du bambou pour gérer de fortes concentrations de Cu est tout d’abord une importante séquestration dans les racines, puis une complexation de Cu avec des composés soufrés organiques et inorganiques. Les résultats de cette étude permettront d’optimiser les technologies liées aux capacités épuratives des bambous face à une pollution métallique. / This study aims at assessing the role of silicon (Si) on the plant growth and alleviation of copper (Cu) toxicity in bamboos. Several approaches have been performed. Firstly, the distribution and variability of Si and Cu were investigated in several bamboo species grown under natural pedo-climatic conditions in order to obtain reference values for Cu and Si in bamboos. Secondly, hydroponic experiments were carried out to characterize the macroscopic response of bamboo plants exposed to Si and Cu and, investigated in parallel the Cu speciation and Si and Cu localisation in different part of bamboos (roots, stems, leaves).Significant differences were measured between bamboo species, suggesting that a genotypic character may be responsible for Si and Cu accumulation. Silicon supplementation modified the Cu speciation but did not induce significant improvement of Cu tolerance. The main strategy of bamboo to cope with high Cu concentrations in its tissues is initially an important sequestration in the roots apoplast, mainly in epidermis, and then a Cu complexation with organic and inorganic sulphur compounds. These results will allow the optimisation of phytoremediation processes using bamboo plants.

Les conséquences des activités industrielles passées, et notamment métallurgiques, persistent encore aujourd'hui. C'est le cas dans l'actuel Parc National des Calanques, qui abrite l'ancienne fonderie de plomb de l'Escalette (sud-est de Marseille). Ainsi, plus de 80 ans après la fermeture de cette usine, une contamination importante et étendue en éléments traces métalliques et métalloïdes (ETMM) est présente. Les objectifs de cette thèse ont été de contribuer à l'évaluation de la contamination diffuse en ETMM des sols des Calanques situés aux alentours du site industriel abandonné de l'Escalette. Dans un but futur de restauration écologique, solution adaptée dans le contexte particulier de la zone de pollution diffuse, située dans le Parc National des Calanques, les capacités d'accumulation et les mécanismes de tolérance d'une espèce autochtone, le romarin (Rosmarinus officinalis) ont été étudiés. Ainsi, cette étude a permis de mettre en évidence quelques mécanismes de tolérance aux ETMM certainement mis en jeu dans le cas du romarin. Les résultats montrent que le romarin pourrait être un candidat intéressant pour la phytostabilisation aux vues de sa capacité d'accumulation des ETMM dans les racines, ainsi que sa résistance à des niveaux de contamination très élevés. / Past industrial activities, particularly metallurgical one, have current environmental consequences. As an example, the former lead smelter from l'Escalette (South-East Marseille, France) in the National Park of Calanques lead to an important environmental pollution of its surroundings. Thus, more than 80 years after its activity ceased, a trace metal and metalloide (TMM) diffuse pollution is still present. This PhD study aimed to contribute to the assessment of the diffuse contamination levels by TMM of the Calanque's soils around the former lead smelting factory. Aiming at identifying an adapted solution of ecological restoration of the areas with diffuse pollution located in the National Park of Calanques. Accumulation abilities and tolerance mechanisms of a native plant species, rosemary (Rosmarinus officinalis), were studied. In order to achieve this, in situ and ex situ assays were performed. TMM concentrations in rosemary organs (leaves, stems, roots) and some stress phytometabolites were assessed. Moreover, the role of mycorrhizal symbioses in rosemary tolerance was evaluated.

Ce travail a comme objectif d’explorer le potentiel de bioremédiation de plantes et de rhizobactéries pour la réhabilitation des sols de sites miniers dans la région de Marrakech. Nous avons isolé des souches rhizosphériques et nodulaires des racines de fève et de plantes indigènes des sites miniers Draa Sfar et Kettara. Plusieurs isolats ont montré une bonne tolérance aux ETM allant jusqu’à 25 mg/l de Cu, 200 mg/l de Pb et 150 mg/l de Zn. Les souches tolérantes aux métaux ont fait l’objet de criblage pour déterminer leurs caractères PGPR (production d’exopolysaccharides, sidérophores, AIA et activité antifongique). En présence du sol minier amendé avec le sol agricole, la fève a montré une capacité à accumuler les métaux différemment d’un métal à l’autre. Le Pb a été peu mobile dans les parties aériennes des plantes, et n’a pas atteint les graines. Le Zn a été le métal le plus transloqué vers les parties aériennes bien que sa quantité soit importante au niveau des racines. Le Cu a été accumulé plutôt dans les racines des plantes. Le Zn et le Cu ont été transloqués aux graines mais à des teneurs significativement faibles. L’inoculation par les bactéries PGPR a permis de mieux accumuler le Cu dans les plantes notamment dans la partie racinaire. L’inoculation mixte PGPR-rhizobia a amélioré l’absorption du Zn dans les plantes notamment dans la partie aérienne. Les analyses in natura sur ces sites miniers fortement contaminés par des métaux lourds indiquent que le microbiote a évolué, devenant tolérant à la pollution à long terme par les métaux lourds et adapté aux plantes indigènes elles-mêmes capables de tolérer et d'accumuler les métaux lourds. / This work aims to explore the potential of plant and rhizobacteria for bioremediation in mining soil in Marrakech region. Rhizospheric and nodules strains were isolated from faba bean roots and native plants growing in Draa Sfar and Kettara mining sites. Several isolates showed good tolerance to metals up to 25 mg/l of Cu, 200 mg/l of Pb and 150 mg/l of Zn. The tolerant strains to metals were screened for their PGPR characteristics (production of exopolysaccharides, siderophores, IAA and antifungal activity). In mining soil amended with agricultural soil, faba bean showed an ability to accumulate metals differently. Pb was not very mobile in shoots, and did not reach the seeds. Zn was the most translocated metal to the aerial parts although its amount was important in roots. Cu was accumulated rather in the roots of plants than shoots. Zn and Cu were translocated to seeds but at significantly lower levels. The inoculation with PGPR bacteria allowed Cu to accumulate better in plants, particularly in roots. Whereas the PGPR-rhizobia mixed inoculation improved the absorption of Zn in plants, especially in shoots. In natura investigation of mining sites heavily contaminated with heavy metals (HMs) indicates that microbiota has evolved, becoming tolerant to long-term HMs pollution and adapted to indigenous plants themselves able of tolerating and accumulating HMs.