Contribution au développement d’une filière éco-innovante de phytomanagement de sols pollués par les éléments traces : culture de plantes aromatiques et production d’huiles essentielles

Contribution to the development of an eco-innovative phytomanagement channel of TE-polluted soils : aromatic plants’ cultivation and essential oil production

• Auteur / Autrice : Robin Raveau
• Direction : Anissa Lounès-Hadj Sahraoui, Joël Fontaine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences agronomiques et écologiques. Biologie de l’environnement, des populations, écologie
• Date : Soutenance le 17/12/2020
• Etablissement(s) : Littoral
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
• Partenaire(s) de recherche : financeur : Pôle métropolitain de la Côte d'Opale
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de chimie environnementale et interactions sur le vivant
• Jury : Président / Présidente : Michel Mench
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Chalot, Jérôme Muchembled, Valérie Bert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Mench, Michel Chalot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Huiles essentielles

Résistance aux pesticides

Sols -- Teneur en pesticides

Résistance à la pollution

Sols -- Pollution

Mots clés libres

Pollution des sols

Éléments traces

Phytomanagement

Plantes à parfum, aromatiques et médicinales

Sauge sclarée

Huiles essentielles

Inoculation mycorhizienne

Microbiote rhizosphérique

Coriandre

Soil pollution

Phytomanagement

Trace elements

Aromatic and medicinal plants

Clary sage

Coriander

Essential oils

Mycorrhizal inoculation

Rhizospheric microbiota

Résumé

Le phytomanagement compte parmi les méthodes innovantes de gestion des sites et sols pollués en raison de son adéquation avec le développement durable. Pour répondre à la double exigence de performances environnementales et économiques, les phytotechnologies sont désormais combinées à la valorisation de la biomasse produite sur sols pollués. Parmi les filières éco-innovantes et non-alimentaires de valorisation de cette biomasse, la culture de plantes à parfums, aromatiques et médicinales (PPAM) pour la production d’huiles essentielles (HE), substances biosourcées à haute valeur ajoutée, a été proposée dans le cadre du projet PhytEO, financé par l’ADEME. Ainsi, ma contribution à ce projet a permis d‘évaluer la pertinence d’un mode de gestion reposant sur la culture de la sauge sclarée et de la coriandre, en présence ou non d’un amendement mycorhizien, en s’appuyant sur des démonstrateurs in situ à l’échelle de l’hectare, parcelles historiquement polluées ou non par les éléments traces (ET). La coriandre ainsi que la sauge sclarée ont toutes deux montré une bonne capacité à s’installer, à se développer et à produire une quantité importante de biomasse sur des sols présentant une forte pollution historique par les ET. Bien que l’ajout d’un amendement biologique à base de champignons mycorhiziens à arbuscules ait permis d’augmenter de façon significative les taux de mycorhization des racines de coriandre et de sauge sclarée, aucun gain n’a été observé ni au niveau de la croissance de ces deux PPAM, ni au niveau de la quantité et de la qualité des HE. Un effet positif en termes d’immobilisation des ET dans le sol, en particulier du Pb, et une réduction des transferts des ET (Cd et Pb) dans les parties aériennes a toutefois été montré chez la sauge sclarée. D’autre part, les HE distillées à partir de la biomasse de sauge sclarée (inflorescences) ou de coriandre (parties aériennes ou graines) cultivées sur sols pollués présentent une qualité très satisfaisante, caractérisée par leur non contamination en ET ou en résidus de pesticides (traces). Leurs compositions chimiques, non altérées par la pollution en ET et l’inoculation mycorhizienne, affichent divers principes actifs dont le linalol, l’acétate de linalyle, le germacrène, l’α-pinène, le γ-terpinène, le 2-décénal, le décanal et le 2-dodécénal. Ainsi, plusieurs propriétés biologiques potentiellement valorisables dans des domaines à vocation non-alimentaire, tels que la protection des cultures (effets fongistatiques, anti-germinatifs et herbicides) ou la santé humaine (effets anti-inflammatoires et antioxydants) ont été mises en évidence. En revanche, en dépit de son fort pouvoir complexant des HE, la β-cyclodextrine n’a montré aucun effet positif sur les propriétés biologiques testées. Par ailleurs, la végétalisation du sol pollué par la sauge sclarée permet une modulation de la structure des communautés bactériennes et fongiques, telluriques et racinaires. Enfin, l’ensemble des résultats de cette étude et de l’analyse technico-économique de la filière PPAM-HE soulignent le haut potentiel de la sauge sclarée dans une démarche de phytomanagement de sols pollués par les ET.

To cope with the soil trace element (TE) pollution, phytomanagement was brought forward as an eco-friendly and feasible approach. To meet the dual requirements of environmental and economic performances, phytotechnologies are now combined with the valorisarion of biomass produced on polluted soils. Among the eco-innovative channels intended for the non-food valorisation of the produced biomass, the cultivation of aromatic and medicinal plants producing essential oils (EO), high-added value biosourced products, has been suggested within the framework of PhytEO project, funded by ADEME. Thus, this thesis contributed to evaluate the relevance of a management approach based on clary sage and coriander cultivation, combined or not with a mycorrhizal inoculum, on in situ experimental plots polluted or not with TE. Both clary sage and coriander have shown a good ability to settle in, to grow and to produce high amounts of biomass, despite the presence of high TE concentrations in the soil. The addition of an amendment based on arbuscular mycorrhizal fungi enhanced the mycorrhizal colonisation rates of both coriander and clary sage roots. However, no significant improvement was observed in terms of plants’ growth, EO amounts and quality. Moreover, mycorrhizal inoculation allowed TE immobilisation in soils, in particular Pb, and reduced TE (Cd and Pb) transfers in aerial parts of clary sage. Besides, the EO distilled from clary sage inflorescences and coriander (aerial parts orseeds) grown on TE polluted soils, displayed a highly satisfactory quality, regarding the absence of contamination by TE or pesticide residues (trace amounts). Their chemical compositions were not altered by both TE pollution and mycorrhizal inoculation and were characterized by several active principles, such as linalool, linalyl acetate, germacrene, α-pinene, γ-terpinene, 2-decenal, decanal and 2-dodecenal. Furthermore, several biological properties with potential applications in non-food fields such as crop protection (antifungal, antigerminative and herbicidal) or human healthcare (antioxidant and anti-inflammatory) have been brought forward. However, despite its ability to form inclusion complexes with EO components, β-cyclodextrin has shown no significant improvement of the tested EO biological activities. On another note, the soil revegetation with clary sage displayed a clear shaping of the bacterial and fungal communities, in both the rhizospheric soil and the roots of the aromatic plant species. Altogether, our results combined with the techno-economic feasibility assessment of the channel “aromatic and medicinal plants/EO” have emphasised clary sage as a good candidate for the phytomanagement of TE-polluted soils.