Thèse d'exercice : Pharmacie : Université de Nantes : 2004. / Bibliogr. f. 108-120 [115 réf.].

Thèse de doctorat : Sciences agronomiques : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL : 2005. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr.

La survie et la croissance des plantes sont essentielles afin d’assurer l’efficacité des protocoles de phytoremédiation et la décontamination des friches contaminées. La survie des saules et leur adaptation aux contaminants dépendent de la nature et de la concentration des contaminants. L’objectif de l’étude est d’identifier les cultivars ayant les meilleurs rendements, mais aussi de déterminer si la provenance des boutures (milieu contaminé ou milieu non contaminé) pourrait influencer la survie, la croissance et la phytoextraction (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn) des saules. Nous avons comparé ces différents paramètres pour des boutures de dix cultivars de saules dans un milieu industriel fortement contaminé par les composés organiques et dans un milieu non-contaminé. Les variations dans la réponse des cultivars selon la provenance des boutures (milieu contaminé ou milieu non-contaminé) ont aussi été analysées dans chacun des sites d’étude. Selon nos résultats, le cultivar ˈ5005ˈ (Salix alba) est très productif en milieu extrêmement contaminé. Le cultivar ˈS25ˈ (Salix eriocephala) est aussi un choix très intéressant en phytoremédiation, puisqu’il produit près de deux fois plus de biomasse racinaire comparativement aux autres cultivars. La provenance des boutures n’a pas d’impact significatif sur la survie, la croissance et la phytoextraction pour la majorité des cultivars sauf pour le cultivar ‘Millbrook’, où les individus provenant du milieu contaminé ont produit significativement plus de biomasse aérienne lorsqu’ils poussaient en sol contaminé comparativement aux individus qui n’ont jamais été en contact avec les contaminants. Ces résultats pourraient aider à planifier des protocoles de phytoremédiation plus efficaces, en sélectionnant les cultivars de saule les plus adéquats et en élaborant l’échantillonnage des boutures utilisées dans les sites appropriés. / Plant survival and growth are essential parameters to monitor the effectiveness of phytoremediation protocols and the eventual decontamination of brownfields. The ability of different willow cultivars to survive and adapt to contaminants in polluted soils depends on the nature and concentration of the contaminants. The objective of the study was to identify the cultivars with the highest yields, but also to determine whether the origin of the cuttings (contaminated site or not) might influence survival, growth and phytoextraction of willow cultivars. We compared survival, growth and phytoextraction (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn) of cuttings of ten willow cultivars in a highly organic-contaminated industrial environment and in an uncontaminated soil. Variations in the response of the cultivars according to the origin of the cuttings were also analyzed for each sites. According to our results, cultivar ˈ5005ˈ (Salix alba) was very productive in an extremely contaminated environment. Cultivar ˈS25ˈ (Salix eriocephala) was also a relevant choice, as it produced nearly twice more root biomass compare to other cultivars. The origin of the cuttings did not have significant influence on survival, growth and phytoextraction for almost all cultivar except the ˈMillbrookˈ cultivar: individuals originating from the contaminated environment produced significantly more aboveground biomass when growing in the contaminated environment compared to individuals who had never been in contact with contaminants. These results could help build more effective phytoremediation protocols in highly contaminated environments by selecting adequate willow cultivars and sampling cuttings in an appropriate environment.

Le but de cette étude est de comprendre l’effet d’une irrigation par les eaux usées et /ou de la fertilisation par les engrais chimiques sur la productivité aérienne et souterraine d’une plantation de saule Salix miyabeana SX67 en CICR dans un contexte de filtre végétal. Nous avons d’une part évalué l’impact de diverses doses d’eau usées et/ou de la fertilisation minérale sur les rendements en biomasse ligneuse d’une culture de saules au cours d’un cycle de croissance de deux ans. D’autre part et pour la même période nous avons comparé le développement racinaire (biomasse, morphologie et distribution dans le sol) suite aux divers traitements. Les résultats ont montré qu’au terme de deux ans de croissance, les traitements par les eaux usées aussi bien que celle par les engrais a permis l’augmentation des rendements de la biomasse aérienne de notre culture de saules avec un effet plus prononcé suite au traitements des eaux usées qu’à celui du fertilisant chimique. Nous avons mesuré des productivités en biomasse aussi élevées que 39,4 Mg ha-1 et 54,7 Mg ha-1 et ce pour les parcelles qui ont reçu la plus grande quantité d'eaux usées, respectivement pour les saules non fertilisé et fertilisé (D3-NF et D3-F). La majeure partie du système racinaire était en superficie avec 92-96% des racines (racine fine et racine grosse) concentrées dans les premiers 40 cm de sol et nous avons trouvé que la biomasse des racines fines était comprise entre 1,01 et 1,99 Mg ha-1. Généralement la fertilisation chimique n’a pas eu d’effet sur les rendements en biomasse des racines totales et/ou fines. Bien que l’irrigation par les eaux usées ait entraîné une réduction statistiquement significative de la biomasse racinaire, néanmoins cette réduction n'était pas linéaire (avec une réduction de la biomasse de D0 à D1, une augmentation de D1 à D2 pour réduire de nouveau de D2 à D3). Cette tendance porte à penser qu'au-delà d'une certaine quantité d'eau et de nutriments (suite à l’irrigation par les eaux usées), le développement du système racinaire des saules est affecté négativement, et bien que la biomasse aérienne soit restée élevée sous le traitement D3, nous pensons que le développement de la plante a été quelque peu déséquilibré. Aucun changement significatif n'a été constaté dans les traits morphologiques liés à l'irrigation par les eaux usées. / The aim of this study was to understand the effect of both wastewater and/or mineral fertilisation on above- and belowground biomass of a Salix miyabeana SX67 willow SRC in a filter vegetation context. We firstly assessed the impact of various doses of wastewater and/or mineral fertilization on biomass yield after two season growth. On the other hand and during the same period we estimated root production and assessed vertical root distribution and roots morphology in response to various treatments doses. The results showed that after two years of growth both mineral fertilization and wastewater sewage fertilization enhanced willow aboveground biomass yields, with a more accurate effect due to wastewater irrigation than the mineral fertilization. We recorded high biomass yields such as 39.4 Mg ha-1 and 54.7 Mg ha-1 respectively for unfertilized and fertilized plants plots which benefits with the largest amount of wastewater (D3-NF and D3-F). We found that most of the roots were contained in top soil layers with 92-96% of the total roots (including fine and coarse roots) concentrated within the first 40 cm of soil depth, fine root biomass ranged between 1.01 and 1, 99 Mg ha-1. Neither mineral fertilization nor wastewater sewage irrigation showed an effect on total or fine roots biomass yields. Although we found a statistically significant decrease prior to wastewater treatments, this reduction was not linear (with a decrease of the biomass from D0 to D1, increased from D1 to D2 to go down again from D2 to D3). This pattern suggests that beyond a certain amount of water and nutrients (due to irrigation with wastewater) the development of the willow root system is negatively affected, and although the aboveground biomass remained high in the D3 treatment, we believe that the development of the plant was somewhat unbalanced. No significant changes were found in the deep morphological traits related to irrigation with sewage wastewater.

Le but de cette étude est de mieux comprendre l’effet d’une fertilisation en lisier de porc sur la productivité d’une plantation de saule tout en évaluant les risques d’impact négatif sur l’environnement. Nous avons évalué la réponse des plants à des quantités croissantes de lisiers en plus de la comparer à celle d’une fertilisation minérale. Nous avons aussi vérifié l’impact du lisier sur les teneurs nutritionnelles du sol ainsi que sur les concentrations en nitrates et phosphore de la solution du sol. Bien que l’azote du lisier soit moins efficace que celui des engrais minéraux, les résultats de notre étude montrent que le lisier est un bon engrais pour les plantations de saules. En effet, les rendements sur deux ans des parcelles ayant reçu les quantités croissantes de lisier étaient de l’ordre de 30,3 à 32,9 t/ha. Nous avons observé l’augmentation des teneurs en nitrate, cuivre et zinc dans le sol en fonction des apports croissants de lisier. Ces teneurs ont d’ailleurs diminué lors de la deuxième saison de croissance, ce qui pourrait être dû au prélèvement par les saules. Les concentrations printanières des eaux de lysimètres indiquent que la quantité maximale de lisier telle que testée lors de nos essais comporte un certain facteur de risque de lessivage des nitrates. Nous n’avons pas analysé la solution du sol des parcelles fertilisées avec des quantités plus faibles de lisier, mais nous pouvons croire qu’elles auraient induit des concentrations en nitrate comportant moins de risque de lessivage tout en assurant une productivité considérable. / The aim of this study is to investigate the effect of the use of pig slurry as fertilizer on the productivity of a willow plantation, while evaluating the risk of a negative impact on the environment. We evaluated plant response to increasing slurry amounts and compared this response to the effect of mineral fertilization. We also verified the impact of slurry on soil nutritional content as well as on nitrate and phosphorus concentrations in the soil. Although slurry nitrogen was less efficient than mineral fertilizer, the results of our study show that slurry constitutes an effective fertilizer for willow plantations. In fact, yields over two years on plots that received increasing amounts of slurry were on the order of 30.0 to 32.9 t/ha. We observed an increase in soil levels of nitrates, copper and zinc as a function of increasing slurry amounts. These levels actually decreased during the second growing season, possibly due to uptake by the willows. Springtime concentrations of water in lysimeters indicated that the maximum amount of slurry tested in our experiments was accompanied by a certain risk of nitrates leaching into the soil. We did not analyze the soil solution of plots fertilized with lower amounts of slurry, but it seems likely that these nitrate concentrations would have had a lower risk of leaching while still ensuring considerable productivity.

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.

Le but de cette étude est de mieux comprendre l’effet d’une fertilisation en lisier de porc sur la productivité d’une plantation de saule tout en évaluant les risques d’impact négatif sur l’environnement. Nous avons évalué la réponse des plants à des quantités croissantes de lisiers en plus de la comparer à celle d’une fertilisation minérale. Nous avons aussi vérifié l’impact du lisier sur les teneurs nutritionnelles du sol ainsi que sur les concentrations en nitrates et phosphore de la solution du sol. Bien que l’azote du lisier soit moins efficace que celui des engrais minéraux, les résultats de notre étude montrent que le lisier est un bon engrais pour les plantations de saules. En effet, les rendements sur deux ans des parcelles ayant reçu les quantités croissantes de lisier étaient de l’ordre de 30,3 à 32,9 t/ha. Nous avons observé l’augmentation des teneurs en nitrate, cuivre et zinc dans le sol en fonction des apports croissants de lisier. Ces teneurs ont d’ailleurs diminué lors de la deuxième saison de croissance, ce qui pourrait être dû au prélèvement par les saules. Les concentrations printanières des eaux de lysimètres indiquent que la quantité maximale de lisier telle que testée lors de nos essais comporte un certain facteur de risque de lessivage des nitrates. Nous n’avons pas analysé la solution du sol des parcelles fertilisées avec des quantités plus faibles de lisier, mais nous pouvons croire qu’elles auraient induit des concentrations en nitrate comportant moins de risque de lessivage tout en assurant une productivité considérable. / The aim of this study is to investigate the effect of the use of pig slurry as fertilizer on the productivity of a willow plantation, while evaluating the risk of a negative impact on the environment. We evaluated plant response to increasing slurry amounts and compared this response to the effect of mineral fertilization. We also verified the impact of slurry on soil nutritional content as well as on nitrate and phosphorus concentrations in the soil. Although slurry nitrogen was less efficient than mineral fertilizer, the results of our study show that slurry constitutes an effective fertilizer for willow plantations. In fact, yields over two years on plots that received increasing amounts of slurry were on the order of 30.0 to 32.9 t/ha. We observed an increase in soil levels of nitrates, copper and zinc as a function of increasing slurry amounts. These levels actually decreased during the second growing season, possibly due to uptake by the willows. Springtime concentrations of water in lysimeters indicated that the maximum amount of slurry tested in our experiments was accompanied by a certain risk of nitrates leaching into the soil. We did not analyze the soil solution of plots fertilized with lower amounts of slurry, but it seems likely that these nitrate concentrations would have had a lower risk of leaching while still ensuring considerable productivity.

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Le phénomène naturel d’érosion des berges peut menacer des infrastructures humaines. Des protections végétales peuvent être installées afin de mimer les dynamiques de végétation et armer la berge grâce aux racines. Cependant, les changements climatiques globaux sont susceptibles d’entraîner et d’aggraver les sécheresses, ce qui va stresser les végétaux présents et compromettre la bonne réussite des ouvrages de génie végétal. La principale question est donc « Quelles sont les caractéristiques biotechniques et les facultés d’acclimatation à la sécheresse de boutures de Salicaceae et Tamaricaceae, espèces utilisées ou potentiellement utilisables en génie végétal ? ». L’étude de différentes populations d’espèces classiquement utilisées que sont les saules démontre une résistance à la sécheresse plus efficace des populations méridionales tandis que les productions de biomasses restent plus élevées chez les populations septentrionales. L’étude des traits biotechniques et du comportement racinaire d’espèces potentielles appartenant aux Tamaricaceae (Tamarix gallica et Myricaria germanica) montre un taux élevé de reprise au bouturage, une forte production de biomasses et une stratégie de prospection racinaire différente des saules, ce qui leur confère une résistance à la sécheresse accrue. Ceci confirme une utilisation possible de ces espèces dans des ouvrages de génie végétal soumis à sécheresse. / The natural phenomenon of riverbank erosion can threaten human stakes. Vegetative bioengineering protections can be installed to imitate the vegetation dynamics and anchor the soil bank thanks to roots. However, global climate change could induce and increase droughts, what is going to stress plants and to compromise the bioengineering works success. The main question is thus " what are the biotechnical capabilities and the drought acclimatization faculties of cuttings of Salicaceae and Tamaricaceae, species used or potentially useful in bioengineering? ". The study of different populations of species such as willows demonstrates a more effective drought resistance of the Southern populations whereas the biomass productions remain higher with the Northern populations. The study of the biotechnical traits and the root behavior potentially useful species such as Tamaricaceae (Tamarix gallica and Myricaria germanica) show a high resprouting rate, a high biomass production and a prospecting root strategy different from willows. This results confer them a better drought resistance. This confirms a possible use of these species in vegetative bioengineering works subjected to drought.

Le phénomène naturel d'érosion des berges peut menacer des infrastructures humaines. Des protections végétales peuvent être installées afin de mimer les dynamiques de végétation et armer la berge grâce aux racines. Cependant, les changements climatiques globaux sont susceptibles d'entraîner et d'aggraver les sécheresses, ce qui va stresser les végétaux présents et compromettre la bonne réussite des ouvrages de génie végétal. La principale question est donc " Quelles sont les caractéristiques biotechniques et les facultés d'acclimatation à la sécheresse de boutures de Salicaceae et Tamaricaceae, espèces utilisées ou potentiellement utilisables en génie végétal ? ". L'étude de différentes populations d'espèces classiquement utilisées que sont les saules démontre une résistance à la sécheresse plus efficace des populations méridionales tandis que les productions de biomasses restent plus élevées chez les populations septentrionales. L'étude des traits biotechniques et du comportement racinaire d'espèces potentielles appartenant aux Tamaricaceae (Tamarix gallica et Myricaria germanica) montre un taux élevé de reprise au bouturage, une forte production de biomasses et une stratégie de prospection racinaire différente des saules, ce qui leur confère une résistance à la sécheresse accrue. Ceci confirme une utilisation possible de ces espèces dans des ouvrages de génie végétal soumis à sécheresse.