La phytoremédiation : du Cannabis pour nettoyer les sols

Depuis quelques décennies, la pollution de l'environnement se retrouve au c'ur des préoccupations. En effet, celle-ci peut avoir de graves conséquences pour l'homme, ainsi que pour la planète elle-même : on parle alors d'ère anthropocène. Il existe différentes formes de pollution ; dans cet article, nous aborderons la pollution des sols par les métaux lourds et les éléments radioactifs, et l'une des solutions possibles faisant intervenir la plante de cannabis.

Qu'est ce que la pollution des sols ?

La pollution des sols peut être due à l'accumulation sur le sol de substances non-biodégradables, ou à l'accumulation de substances biodégradables mais dont la vitesse de biodégradabilité est inférieure au taux d'accumulation.

La pollution des sols est un problème de santé publique car elle peut contaminer la chaîne alimentaire. En effet, ces substances polluantes peuvent alors être stockées dans le sol ou être lessivées par les eaux de ruissellement vers les cours d'eau voisins, vers la nappe phréatique, ou encore s'évaporer vers l'atmosphère.

On peut différencier :

• les polluants inorganiques, tels que le nitrate, le phosphate, on encore les métaux lourds.
• les polluants organiques, comme les hydrocarbures, les solvants chlorés, les pesticides, ou encore les dioxines.

Une forme de pollution des sols très préoccupante est celle causée par les métaux lourds. En effet, ceux-ci perturbent les écosystèmes, détériorent les sols en les rendant infertiles, et peuvent avoir des répercussions sur l'Homme en contaminant la chaîne alimentaire.

La pollution métallique est une pollution terminale : c'est à dire que malgré les efforts des alchimistes, les métaux sont des éléments chimiques que l'on ne peut ni modifier, ni altérer, ni transformer. Certains sont essentiels à très faible dosage, mais toxiques en excès.

Les principaux métaux lourds émis dans l'atmosphère par les activités humaines sont le Zinc (Zn), le Cuivre (Cu), le Nickel (Ni), le Plomb (Pb), le Chrome (Cr), le Sélénium (Se), l'Arsenic (As), le Mercure (Hg) et le Cadmium (Cd). Le mercure, le plomb et le cadmium font l'objet d'une attention particulière, car ils ont des effets très toxiques sur le système nerveux.

Les solutions pour nettoyer les sols

Des méthodes physico-chimiques ont été mises en place dans le but de dépolluer les sols contaminés par les métaux lourds. Celles-ci consistent à une excavation des sols pollués, puis un traitement hors-site, et enfin un remplacement par des sols non contaminés. Inutile de vous préciser que ces méthodes sont coûteuses et difficiles à réaliser à cause de l'extraction, du déplacement, ainsi que du remplacement de ces sols contaminés.

Cependant, une nouvelle technique a été développée durant ces dernières années: celle de la phytoremédiation. La phytoremédiation est une méthode consistant dépolluer des sols (ainsi qu'épurer des eaux usées ou assainir l'air intérieur) en utilisant des végétaux ou des micro-organismes. En effet, ces derniers vont avoir la capacité d'accumuler, ou d'éliminer, ou même dans certains cas de dégrader certains polluants.

La phytoremédiation s'établit ainsi en 4 sous-domaines :

• la phytostabilisation, qui consiste en l'utilisation de certains végétaux pour éviter la dispersion de la pollution grâce à la stabilisation du polluant par les racines.
• la phytodégradation, où certains végétaux sont utilisés pour dégrader les polluants organiques en les transformant en composés moins toxiques.
• la phytovolatilisation, mettant en avant la capacité de certaines plantes à volatiliser des molécules spécifiques pour diluer les polluants dans l'atmosphère.
• la phytoextraction, traduisant la capacité des plantes à extraire les polluants tels que les métaux lourds et à les accumuler dans les parties aériennes. Après avoir atteint saturation, ces plantes sont incinérées et les cendres sont stockées dans un lieu sécurisé.

Chaque domaine de phytoremédiation nécessite des plantes spécifiques.

Plusieurs espèces ont déjà fait leurs preuves avec la phytoextraction des métaux lourds. C'est notamment le cas des plantes appartenant à la famille des astéracées (tournesol, chicorée), des brassicacées (colza, chou), des graminées (bambou, maïs), ainsi que de certains arbres et arbustes, comme par exemple certaines espèces de peupliers et de saules.

Le cas du Cannabis Sativa pour dépolluer les sols

De récentes recherches ont été menées sur l'utilisation de la plante de chanvre comme moyen de dépolluer les sols contaminés par les métaux lourds. En effet, le chanvre est une plante très résistante qui peut pousser dans les endroits les plus rudes, même ceux où toutes autres formes de vie ont été éliminées par l'humanité.

De plus, le chanvre est une plante dite hyper-accumulatrice, c'est à dire qu'elle dispose de la capacité à absorber les particules de métaux contenues dans les sols et à les accumuler dans sa biomasse (racines, tige et plus principalement les feuilles). Ce procédé de phytoextraction permet ainsi de retirer les contaminants présents dans le sol, en le rendant ainsi sain et de nouveau viable.

La phytoextraction a lieu en plusieurs étapes : l'absorption des métaux lourds par les racines, le transport de ceux-ci des racines vers les parties supérieures, leur translocation puis leur accumulation dans les parties aériennes. La teneur foliaire en métaux lourd est alors supérieure à la teneur racinaire.

Quelques exemples :

• Tchernobyl

La catastrophe nucléaire de Tchernobyl est la plus grave catastrophe nucléaire du XXe siècle. Celle-ci a eu lieu dans la centrale Lénine, située en Ukraine (ex-URSS), le 26 Avril 1986.

Cet accident a été provoqué par l'augmentation incontrôlée de la température d'un réacteur, conduisant à la fusion du c'ur, qui a entraîné une explosion et une libération d'importantes quantités d'éléments radioactifs dans l'atmosphère, provoquant une très large contamination de l'environnement, ainsi que de nombreux décès et maladies survenus immédiatement ou à plus long terme du fait des irradiations.

Ainsi, de très hautes concentrations en éléments toxiques divers ont été diffusées et ont contaminé les sols, l'endroit le plus touché étant la zone d'exclusion de 30km dessinée autour de la centrale nucléaire.

L'un des premiers noms retenus dans le monde de la phytoremédiation par le chanvre fut celui de Slavik Dushenov, un expert en biologie végétale et écologie des sols. Il avait en effet participé à certains travaux menés par le gouvernement ukrainien pour décontaminer les sols de Tchernobyl. Il disait alors :

« Nous avons démontré à Tchernobyl que la phytoremédiation par le chanvre est une technique possible pour enlever des radionucléides contenus dans les sols lorsqu'on est en présence d'une large surface faiblement contaminée. Cela pourrait être fait avec du cannabis ou tout autre plante hyper-accumulatrice, du moment qu'elle est adaptée aux caractéristiques du sol et au climat de cette région. »

Plusieurs plantes candidates avaient été mises en évidence comme étant capables d'extraire du sol le Césium 137, le Strontium 90 ainsi que l'Uranium 235, qui sont parmi les principaux polluants radioactifs présents à Tchernobyl. Parmi ces plantes, le tournesol ainsi que le chanvre présentaient les meilleurs taux de capacité de bioaccumulation des polluants radioactifs, permettant ainsi de nettoyer les terres contaminées à proximité de la centrale nucléaire de Tchernobyl.

Philippe Giasson, professeur associé en sciences de la Terre et de l'atmosphère à l'Université du Québec à Montréal (UQAM) précisait : « Certaines espèces de chanvre ont la capacité d'absorber jusqu'à 3 % de leur poids sec ».

• Fukushima

L'accident de Fukushima, au même titre que celui de Tchernobyl, est un accident nucléaire de type majeur classé au niveau 7 (le plus élevé) de l'échelle internationale des évènements nucléaires, compte tenu du volume  important de rejets radioactifs. Celui ci a débuté le 11 mars 2011 au Japon, suite au séisme et au tsunami survenus quelques heures plus tôt.

A Fukushima, la Tokyo Electric Power Company (TEPCO) cherche désespérément des moyens de décontaminer les radiations émises par l'explosion de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi. En effet, les radiations issues de l'accident ont traversé l'océan pacifique et ont commencé a atteindre la côte Ouest de l'Amérique : des répercussions ont pu être observées sur la vie marine du sud de la Californie jusqu'au Canada. Il est donc impératif de trouver des solutions, et l'exemple de la phytoremédiation par le chanvre de Tchernobyl en est une, mais rencontre un problème majeur : l'interdiction formelle du cannabis au Japon.

Il faut savoir qu'au début du 20e siècle, le cannabis médicinal était autorisé au Japon afin de lutter contre l'insomnie et soulager les douleurs. Cependant, ce comportement face aux bienfaits thérapeutiques de cette plante a changé suite à la Seconde Guerre Mondiale, lorsque les troupes Américaines ont occupé le Japon et imposé la prohibition du cannabis en 1948. Selon à la loi du contrôle du cannabis au Japon, un individu peut être passible de 5 ans de prison s'il est attrapé avec ne serait-ce qu'un joint.

Alors que la TEPCO cherchait toujours des solutions, des habitants ont prit les devant. Le bouddhiste Monk Koyu Abe a donc mit en place un projet appelé « Makea Wish Upon Flowers », appelant les habitants du japon a planter des graines de tournesols afin d'entreprendre un processus de phytoremédiation dans la région de Fukushima.

Comme nous avons vu précédemment à Tchernobyl, le tournesol est une plante capable au même titre que le chanvre, de décontaminer les zones atteintes par la radioactivité. Et de plus, cette plante elle, est légale. Pour ce qui est du chanvre, l'idée est étudiée par le gouvernement japonais mais ne semble pas encore avoir été mise en pratique.

Les limites de la phytoremédiation

Malgré les avantages considérables de la phytoremédiation suggérant l'absence de perturbation des sols, un processus dit naturel ainsi que son faible coût, cette technique possède des limites. La principale d'entre elles concerne le temps de ce processus : long, très long... En effet, la phytoremédiation n'est pas appropriée si un nettoyage du sol rapide est nécessaire. D'après le Professeur Michel Labrecque de l'Institut de Recherche en Biologie Végétale, « pour les sols très contaminés, cela peut prendre jusqu'à 50 ans ».

De plus, après que les plantes aient absorbées les métaux lourds, celles-ci se retrouvent contaminées à leur tour. Un processus d'incinération aux alentours de 500°C est donc nécessaire afin que seule la matière organique, et non les contaminants, brûle. Les polluants se retrouvent alors concentrés dans les cendres, qui seront par la suite traitées comme des déchets radioactifs : « c'est mieux que d'avoir à gérer des tonnes de terre contaminée », d'après Philippe Giasson, chercheur à l'Institut de recherche en géochimie de l'Université de Montréal. Cette incinération de biomasse peut de plus être utilisée afin de produire de l'énergie.

Source utilisées pour cet article (en Anglais) :

• Potentiel de phytoremédiation du chanvre : Identification et caractérisation des gènes sensibles aux métaux lourds (2015)
• Le Cannabis peut il sauver la préfecture de Fukushima (2015)
• Le Chanvre (Cannabis Sativa L.) en tant que phytoremédiateur (2012)
• Retrait de l'Arsenic, du Cadmium, du Plomb, et du Zic des sols contaminés, par des plantes à biomasse (2006)
• Chanvre cultivé sur des sols contaminés par les métaux lourds : croissance, assimilation du Cadmium et photosynthèse (2005)
• Remédiation des sols contaminés par le Benzopyrène et le Chrysène avec du chanvre industriel (2002)
• Culture de chanvre industriel sur des sols contaminés par les métaux lourds : potentiel de phytoremédiation (2001)
• La phytoremédiation : utiliser des plantes pour nettoyer les sols (2000)