Ces travaux contribuent à caractériser des compartiments environnementaux (i.e. eau, sol et solution du sol, substrat, macrophytes à l’échelle individuelle et des communautés) et leur fonctionnement pour in fine améliorer l’efficacité de zones humides construites (CW) à décontaminer une masse d’eau contaminée en cuivre. Les connaissances sur le maintien de l’homéostasie de Cu chez les végétaux ainsi que sa phytotoxicité aux expositions élevées sont résumées. Les principaux mécanismes physico-chimiques et biologiques intervenant en phytoremédiation d’eaux contaminées en Cu en CW sont également discutés. Plusieurs solutions de phytoremédiation de type phytostabilisation aidée ont été évaluées en lysimètres in situ sur un site de traitement du bois contaminé au Cu, afin d’établir le potentiel de certains amendements à sorber Cu dans le substrat des CW. Les concentrations en éléments traces potentiellement toxiques (PTTE, dont Cu) et macroéléments des lixiviats migrants vers les horizons aquifères ont été quantifiées. Un laitier sidérurgique de type Linz-Donawitz enrichi en P (LDS, 1%) a permis le meilleur développement de Lemna minor L., utilisé ici comme bioindicateur, exposée aux lixiviats. En parallèle, les communautés de macrophytes ont été suivies le long du parcours de la Jalle d’Eysines, une rivière urbaine contaminée en Cu et autres PTTE. Les concentrations en PTTE ont été déterminées dans le sol, l’eau, l’eau interstitielle et les feuilles de 7 espèces de macrophytes. Un modèle statistique multivarié (analyse discriminante linéaire, LDA) a ensuite été élaboré sur la base des concentrations foliaires en PTTE pour biosurveiller l’exposition des macrophytes. Des populations de macrophytes ont aussi été prélevées sur des zones humides de contamination croissante en Cu en Europe (France, Espagne, Portugal et Italie), Biélorussie et Australie. La production de racines chez les macrophytes exposées pendant 3 semaines à des concentrations croissantes en Cu (0,08 ; 2,5 ; 5 ; 15 et 25 µM Cu) montre une variabilité intra-spécifique de la tolérance au Cu pour des populations de Juncus effusus, Schoenoplectus lacustris et Phalaris arundinacea. A l’inverse, une réponse similaire à une tolérance constitutive a été obtenue chez Typha latifolia et Iris pseudacorus, deux espèces à forte production de rhizomes. L’importance des rhizomes est discutée. Phragmites australis produit également des rhizomes, mais a présenté une variabilité intra-spécifique dans sa production racinaire en réponse à une exposition au Cu. En CW, à l’échelle du mésocosme (110 dm3), jusqu’à 99% du Cu de la masse d’eau (concentration initiale: 2.5µM Cu) ont été éliminés dans les trois modalités plantées de Juncus articulatus, P. arundinacea et P. australis, ainsi que dans le contrôle non planté. Les rôles du biofilm microbien, du substrat et des macrophytes en CW ainsi que leurs interactions sont discutés. La sélection d’écotypes de macrophytes tolérants aux PTTE pour leur utilisation en zone humide construite ainsi que les mécanismes moléculaires impliqués dans la variabilité intra-spécifique de cette tolérance, notamment chez P. australis, sont deux thèmes de recherche à promouvoir. / This work aims at characterizing environmental compartments (i.e. water, soil and soil pore water, substrate, macrophytes at the individual and community scale) and their functioning to in fine improve the effectiveness of constructed wetlands (CW) for cleaning Cu-contaminated waters. Knowledge on the homeostasis of Cu in plants and its phytotoxicity at medium and high exposures are summarized. The main physico-chemical and biological mechanisms involved in the phytoremediation of Cu-contaminated water in CW are discussed. Several aided-phytostabilisation options were in situ evaluated in lysimeters at a Cu-contaminated wood preservation site to assess the potential of four amendments to sorb Cu in a CW substrate. Concentrations of potentially toxic trace elements (PTTE, including Cu) and macronutrients of leachates migrating from the root zone to the aquifers were quantified. Based on the responses of Lemna minor L. used as a bioindicator, exposed to the leachates,.Linz-Donawitz slag spiked with P (LDS, 1%) best performed to sorb labile Cu in the root zone. In parallel, macrophyte communities were monitored along the Jalle Eysines River, an urban river slightly contaminated by Cu and other PTTE. The PTTE concentrations were determined in the soil, water, soil pore water, and in the leaves of seven macrophyte species. A multivariate statistical model was developed based on the foliar PTTE concentrations for biomonitoring macrophyte exposures. Populations of macrophytes were also collected in wetlands displaying an increasing Cu contamination in Europe (France, Spain, Portugal, and Italy), Belarus and Australia. Root production of macrophytes exposed for 3 weeks at increasing Cu concentrations (0.08, 2.5, 5, 15 and 25 µM Cu) shows an intra-specific variability of Cu tolerance in populations of Juncus effusus, Schoenoplectus lacustris and Phalaris arundinacea. In contrast, a similar response to constitutive tolerance occurred for Typha latifolia and Iris pseudacorus, two species with high production of rhizomes. The rhizome influence is discussed. Phragmites australis also produces rhizomes but showed intra-specific variability in response to Cu exposure. In a CW at mesocosm scale (110 dm3), up to 99% of Cu in water (initial concentration: 2.5μM Cu) was removed after 2 weeks in the three modalities planted with Juncus articulatus, P. arundinacea and P. australis, and in the unplanted control. The influences of microbial biofilms, the substrate, and the macrophyte species and their interactions in CW are discussed. The selection of PTTE-tolerant macrophytes for their used in CW and the understanding of molecular mechanisms underlying the intra-specific variability in PTTE- tolerance, i.e for P. australis, require further investigations.

Le phytomanagement de matrices contaminées en métaux couple leur réhabilitation écologique avec la production de biomasses végétales pour la bioéconomie. Un front de science est d’identifier des assemblages végétaux et d’optimiser leur production, aidée ou non par l’ajout d’amendements. Le phytomanagement de deux sols, l’un contaminé en Cu, l’autre en Cd, Pb et Zn, a été testé en conditions contrôlées. L’emploi conjoint de biochar et de grenaille d’acier diminue la phytotoxicité des 2 sols. En pots, sur 2 ans, cette combinaison d’amendements séquestre du carbone, diminue la phytotoxicité du sol contaminé en Cu et produit une biomasse d’Arundo donax L. et de Populus nigra L. non contaminée, utilisable par le secteur de l’énergie. Ces modalités de culture et d’amendement ont été installées pour un suivi à long terme sur le site contaminé en Cu. Parallèlement, en microcosmes, parmi 4 macrophytes utilisées en zone humide construite (CW) pour décontaminer des matrices aqueuses (i.e. Arundo donax L., Cyperus eragrostis Lam., Iris pseudacorus L. et Phalaris arundinacea L.), A. donax est la mieux adaptée pour fournir des racines à forte concentration en Cu utilisables pour produire un écocatalyseur riche en Cu. Le phytomanagement d’un effluent de bouillie bordelaise (EB, 69 μM Cu) par A. donax a été testé en CW pilote. Il est décontaminé en 48h, sa concentration en Cu respectant la réglementation du rejet d’effluent en réseau d'assainissement. Cependant, après un cycle de circulation, la concentration en Cu des racines d’A. donax (623 ± 140 mg Cu kg-1) est inférieure aux besoins de l’éco-catalyse, et le cycle serait à répéter pour atteindre les 1000 mg Cu kg-1 requis. / The phytomanagement of metal-contaminated matrices (soils and water) combines their ecological remediation and the production of non-food crops for the bioeconomy. One science frontier is to identify plant assemblage and to optimize their biomass production, aided or not by amendment addition and cultural practices. A Cu-contaminated soil and a Cd/Pb/Zn-contaminated one were phytomanaged in controlled conditions. The combination of biochar and iron grit reduced the phytotoxicity in both soils. In a 2-year pot experiment, this amendment combination decreased the phytotoxicity of the Cu-contaminated soil, enhanced soil C sequestration and produced an uncontaminated biomass of Arundo donax L. and Populus nigra L. adapted for bioenergy production. These combinations of culture and amendment are tested in field trial at the Cu-contaminated site. In parallel, in microcosm experiment, out of 4 macrophytes commonly used in constructed wetlands (CW) to clean up aqueous matrices (i.e. Arundo donax L., Cyperus eragrostis Lam., Iris pseudacorus L. and Phalaris arundinacea L.), A. donax was the best adapted to produce a high Cu-rich root mat potentially usable as Cu-ecocatalyst. Clean up of a Bordeaux mixture effluent (BME, 69 μM Cu) by A. donax was tested in a pilot-scale CW. The BME was decontaminated in 48 hours, its Cu concentration being in compliance for indirect discharge of chemical industry effluents. However, after one BME circulation cycle, root Cu concentration of A. donax roots (623 ± 140 mg kg-1) was lower than threshold value for Cu-ecocatalysts (1000 mg kg-1) and successive treatments must be repeated to achieve required Cu concentration.