Search

International audience; The LORVER project, supported by Lorraine Region (France) and European Union (FEDER), aims to create industrial chains for plant biomass production, from derelict lands and industrial by-products. In this work, phytoextraction was used as a sustainable restoration technology allowing metals recovery from constructed Technosols with industrial soil and byproducts. The effect on the microbiological and soil biochemical properties, which are known to play a key role in soil functioning and fertility, was assessed.

The metals uptake by plants crops grown on garden soils surrounding three mining areas in South Morocco and the assessment of the potential health risk associated with human consumption of edible crops collected were investigated. Results indicated that high metal concentration of Co, Cr, Cu, Mn, and Ni in aerial parts of the aromatic plants and vegetables from mines A and B exceed the usual values reported in literature. The values of daily intake of metals (DIM) lower than oral reference dose (RfD) and health risk index < 1, indicating that the consumption of edible and aromatic plants grown in garden soils is relatively free of risks. However, consumption of the plants from mine A represents an average of 1% of RfD for Mn. This value is relatively important and remains high as compared to contribution of other food sources. The prevention of environmental risks associated with gardening in urban and industrial areas is necessary and essential to propose recommendations both to gardeners and to decision-makers.

First Stage of Chemical Evolution and Mineralogical Properties of Constructed Technosols. 13th International Conference on the Biogeochemistry of Trace Elements

LORVER project: production chain of biomass for industrial purposes from former sites and materials. . Contaminated Site Management in Europe (CSME) & Sustainable Approaches to Remediation of Contaminated Land in Europe (SARCLE)

National audience; Une minorité d’espèces végétales, dites hyperaccumulatrices, est capable d’accumuler les métaux dans leurs parties aériennes à des concentrations pouvant dépasser 1% de la matière sèche. La nature des pressions évolutives pouvant être à l’origine de l’évolution de l’hyperaccumulation sont encore très discutées. Les paramètres édaphiques, en particulier les concentrations en métaux dans le sol pourraient y avoir joué un rôle important. Ces espèces ont un intérêt agronomique en vue de la phytoremédiation des sols pollués. Noccaea caerulescens est la principale Brassicacée hyperaccumulatrice de métaux candidate pour la phytoremédiation. La distribution française l’espèce se caractérise par une importante hétérogénéité environnementale, notamment la nature des sols. On constante des variations importantes des capacités d’accumulation entre populations. Nous avons souhaité déterminer quels étaient les facteurs expliquant la distribution actuelle de la variation quantitative entre les populations, en discutant notamment les rôles respectifs de la démographie et de la sélection. Un échantillonnage de 52 stations a été réalisé dans 4 massifs français. L’analyse de la diversité génétique neutre a été effectuée l’aide de 16 SNP chloroplastiques et 12 microsatellites nucléaires. Les groupes génétiques déterminés par deux méthodes de regroupement différentes montrent 3 zones géographiques fortement différenciées, sans cohérence avec le type édaphique. Les différents scénarios démographiques ont été testés par analyse bayésienne. Le rôle potentiel de la sélection a été testé en comparant la structure en populations de la variation quantitative de l’hyperaccumulation (Qst) avec la structure en populations de la diversité génétique neutre (Fst).

Local Adaptation Could Explain the Diversity of Trace Element Accumulation in Noccaea caerulescens in France. 12th International Conference on the Biogeochemistry of Trace Elements

National audience

International audience

Diversified forest ecosystems can grow on Industrial waste residues: evidence from multiproxy approach. EGU European Geosciences Union, General Assembly 2010

Study of goldenrods (solidago sp) populations colonizing a former coking site. 14. International Symposium on Toxicity Assessment

International audience; This paper reports a comparative study of three methods for determining the surface charge and acid–base behavior of a TiO2 rutile material. Electrophoretic mobility measurements were performed using two different batch protocols: (i) a “static” mode that consisted of immersing the rutile powder in aqueous solutions of given pH's and ionic strengths for 10 h, and (ii) a “dynamic” mode that consisted of using an automatic titrator to continuously adjust the solution pH with a contact time of 15 min. The same apparatus (a Nanosizer from Malvern) was used to measure the zeta potential of the particles in both methods. These batch experiments were next compared to the determination of the surface charge of rutile using nonlinear chromatography in column experiments. In that case, the rutile powder was compacted to enable the formation of a proper column bed. Therefore, Raman scattering and X-ray photoelectron spectra were used, as well as other physical information such as specific surface area and morphology of the particles, to verify that the rutile powder and compacted form were identical. The three approaches were then compared and discussed in relation to the acid–base behavior of the rutile material

The main limiting factor for cleaning-up contaminated soils with hyperaccumulator plants is the low production of aerial biomass and the number of successive crops needed to reach the objective of remediation. The aim of this study was to contribute to the determination of a fertilisation strategy to optimise soil metal phytoextraction by Thlaspi caerulescens. A pot experiment was conducted on an agricultural soil and on a contaminated soil from the vicinity of a former Pb/Zn smelter. The nitrogen (N) treatment consisted of 4 levels (0, 11, 21.5 and 31 mg N kg(-1) dry soil (DS)) added as NH4NO3. The highest N treatment was combined with 4 levels of phosphorus (P) (0, 20, 40 and 80 mg P kg(-1) DS as KH2PO4) and sulfur (S) additions (0, 10, 20 and 30 mg S kg(-1) DS as MgSO4). The highest N fertilisation contributed significantly to enhance biomass production of T. caerulescens and to decrease the concentration of Cd and Zn in the biomass. At constant N addition, P supply did not affect metal extraction by T. caerulescens but negatively affected plant health. Sulfur supply slightly increased phytoextraction of Cd. Our results show that N and S fertilisation might interact but further investigations on the effect of such interaction on Cd extraction efficiency are needed.

The Zn- and Cd- hyperaccumulator Thlaspi cærulescens is one of the most promising candidates for in situ phytoextraction. This work was undertaken to better understand the interactions between the bioavailable Cd in soil and the hyperaccumulation of Cd by T. cærulescens. Contrasted populations of T. cærulescens were studied in their natural environment and the relationships between the soil parameters, particularly the metal bioavailability, and hyperaccumulation were analysed. Four populations were selected according to their ability to hyperaccumulate Cd. Hundred plants of each population were cultivated in pots to assess genetic differences. The four populations were also grown under natural climatic conditions. The effect of T. cærulescens on the bioavailable compartments of soil metals was studied during successive crops in a lysimetric device equiped to follow the evolution of the soil-water-plant compartments of metals. Our results demonstrated that Cd accumulation by T. cærulescens is mainly explained by the soil Cd bioavailability. The Cd concentration in shoots could be predicted using easily and quickly measurable soil parameters (CaCl2 exctractable Cd, pH and CEC). Genetic differences between populations were also recorded. The Cd and Zn hyperaccumulating populations seemed to differ from the Ni hyperaccumulating populations by a particularly efficient transporter of Cd in the root cell membrane. Also, some Cd hyperaccumulating populations appeared to present a more efficient Cd absorption and translocation than others. The Cd absorption was independant of Zn absorption which suggested different mecanisms. It was also shown that a small fraction of the Cd extracted by T. cærulescens originated from the non available soil Cd compartment. During the phytoextraction, the plant firstly deplete the soluble compartment, which is then replenished by the bioavailable compartment. This one would be replenished by the less available compartment according to the buffer capacity of the soil. Finaly, we demonstrated that it is possible to predict Cd phytoextraction based on a simplified model using soil Cd bioavailaility, soil pH, CEC and T. cærulescens biomass production.; La plante hyperaccumulatrice de Zn et de Cd, Thlaspi cærulescens, est l’un des candidats les plus prometteurs en vue d’une application à grande échelle de la phytoextraction. Ce travail a été entrepris afin de mieux comprendre les interactions entre la fourniture des métaux par la phase solide du sol, ou biodisponibilité, et l’hyperaccumulation du Cd par T. cærulescens dans le cadre de scénarios de phytoextraction. Des populations contrastées de T. cærulescens ont été étudiées dans leur milieu naturel (friches industrielles de mines de Zn/Pb et de fonderie de Zn ; site de serpentine à concentration élevée du Ni géochimique). Les relations existant entre les paramètres du sol, et en particulier la biodisponibilité des métaux, et l’hyperaccumulation chez ces plantes ont été analysées. Quatre populations ont été sélectionnées pour leur aptitude différente à accumuler les métaux. Cent individus de chaque population ont été cultivés en vases de végétation afin de mettre en évidence des différences génétiques entre les populations. Des individus des mêmes populations ont également été cultivés en conditions climatiques réelles. L’impact de T. cærulescens sur le compartiment biodisponible des métaux a été étudié à l’aide de cultures successives d’une même population dans des systèmes lysimétriques équipés pour suivre l’évolution des compartiments eau-sol-plantes des métaux. Nos résultats montrent que la concentration du Cd biodisponible est le principal facteur gouvernant l’absorption du métal. Ainsi, il est possible de prédire la concentration du Cd dans les feuilles de T. cærulescens à partir de paramètres du sol facilement et rapidement mesurables (Cd extractible au CaCl2, pH et CEC). Nous avons également mis en évidence des différences génétiques. Les populations hyperaccumulatrices de Cd et de Zn se distingueraient alors de celles hyperaccumulatrices de Ni par la présence d’un transporteur efficace du Cd dans la membrane plasmique racinaire des plantes. Parmi les populations hyperaccumulatrices de Cd, certaines présenteraient une absorption et une translocation du Cd plus efficace et indépendante de l’absorption du Zn, suggérant des mécanismes distincts. Il a également été montré qu’une faible fraction du Cd prélevé par T. cærulescens proviendrait du compartiment du Cd du sol non labile. Au cours de la phytoextraction, les plantes agissent en premier lieu sur le compartiment soluble des métaux du sol, celui-ci étant réapprovisionné par le compartiment biodisponible. En fonction de la capacité tampon des terres, le compartiment biodisponible du Cd pourra être plus ou moins réapprovisionné par ceux moins échangeables. Enfin, nous avons démontré qu’il était possible de prédire le rendement d’extraction du Cd à partir d’un modèle simplifié prenant en compte la biodisponibilité du Cd, la CEC, le pH et la production de biomasse par T. cærulescens.

La plante hyperaccumulatrice de Zn et de Cd, Thlaspi cærulescens, est l’un des candidats les plus prometteurs en vue d’une application à grande échelle de la phytoextraction. Ce travail a été entrepris afin de mieux comprendre les interactions entre la fourniture des métaux par la phase solide du sol, ou biodisponibilité, et l’hyperaccumulation du Cd par T. cærulescens dans le cadre de scénarios de phytoextraction. Des populations contrastées de T. cærulescens ont été étudiées dans leur milieu naturel (friches industrielles de mines de Zn/Pb et de fonderie de Zn ; site de serpentine à concentration élevée du Ni géochimique). Les relations existant entre les paramètres du sol, et en particulier la biodisponibilité des métaux, et l’hyperaccumulation chez ces plantes ont été analysées. Quatre populations ont été sélectionnées pour leur aptitude différente à accumuler les métaux. Cent individus de chaque population ont été cultivés en vases de végétation afin de mettre en évidence des différences génétiques entre les populations. Des individus des mêmes populations ont également été cultivés en conditions climatiques réelles. L’impact de T. cærulescens sur le compartiment biodisponible des métaux a été étudié à l’aide de cultures successives d’une même population dans des systèmes lysimétriques équipés pour suivre l’évolution des compartiments eau-sol-plantes des métaux. Nos résultats montrent que la concentration du Cd biodisponible est le principal facteur gouvernant l’absorption du métal. Ainsi, il est possible de prédire la concentration du Cd dans les feuilles de T. cærulescens à partir de paramètres du sol facilement et rapidement mesurables (Cd extractible au CaCl2, pH et CEC). Nous avons également mis en évidence des différences génétiques. Les populations hyperaccumulatrices de Cd et de Zn se distingueraient alors de celles hyperaccumulatrices de Ni par la présence d’un transporteur efficace du Cd dans la membrane plasmique racinaire des plantes. Parmi les populations hyperaccumulatrices de Cd, certaines présenteraient une absorption et une translocation du Cd plus efficace et indépendante de l’absorption du Zn, suggérant des mécanismes distincts. Il a également été montré qu’une faible fraction du Cd prélevé par T. cærulescens proviendrait du compartiment du Cd du sol non labile. Au cours de la phytoextraction, les plantes agissent en premier lieu sur le compartiment soluble des métaux du sol, celui-ci étant réapprovisionné par le compartiment biodisponible. En fonction de la capacité tampon des terres, le compartiment biodisponible du Cd pourra être plus ou moins réapprovisionné par ceux moins échangeables. Enfin, nous avons démontré qu’il était possible de prédire le rendement d’extraction du Cd à partir d’un modèle simplifié prenant en compte la biodisponibilité du Cd, la CEC, le pH et la production de biomasse par T. cærulescens., The Zn- and Cd- hyperaccumulator Thlaspi cærulescens is one of the most promising candidates for in situ phytoextraction. This work was undertaken to better understand the interactions between the bioavailable Cd in soil and the hyperaccumulation of Cd by T. cærulescens. Contrasted populations of T. cærulescens were studied in their natural environment and the relationships between the soil parameters, particularly the metal bioavailability, and hyperaccumulation were analysed. Four populations were selected according to their ability to hyperaccumulate Cd. Hundred plants of each population were cultivated in pots to assess genetic differences. The four populations were also grown under natural climatic conditions. The effect of T. cærulescens on the bioavailable compartments of soil metals was studied during successive crops in a lysimetric device equiped to follow the evolution of the soil-water-plant compartments of metals. Our results demonstrated that Cd accumulation by T. cærulescens is mainly explained by the soil Cd bioavailability. The Cd concentration in shoots could be predicted using easily and quickly measurable soil parameters (CaCl2 exctractable Cd, pH and CEC). Genetic differences between populations were also recorded. The Cd and Zn hyperaccumulating populations seemed to differ from the Ni hyperaccumulating populations by a particularly efficient transporter of Cd in the root cell membrane. Also, some Cd hyperaccumulating populations appeared to present a more efficient Cd absorption and translocation than others. The Cd absorption was independant of Zn absorption which suggested different mecanisms. It was also shown that a small fraction of the Cd extracted by T. cærulescens originated from the non available soil Cd compartment. During the phytoextraction, the plant firstly deplete the soluble compartment, which is then replenished by the bioavailable compartment. This one would be replenished by the less available compartment according to the buffer capacity of the soil. Finaly, we demonstrated that it is possible to predict Cd phytoextraction based on a simplified model using soil Cd bioavailaility, soil pH, CEC and T. cærulescens biomass production.

Non disponible / Not available, La plante hyperaccumulatrice de Zn et de Cd, Thlaspi caerulescens, est l'un des candidats les plus prometteurs en vue d'une application à grande échelle de la phytoextraction. Ce travail a été entrepris afin de mieux comprendre les interactions entre la fourniture des métaux par la phase solide du sol, ou biodisponibilité, et l'hyperaccumulation du Cd par T. caerulescens dans le cadre de scénarios de phytoextraction. Des populations contrastées de T. caerulescens ont été étudiées dans leur milieu naturel (friches industrielles de mines de Zn/Pb et de fonderie de Zn ; site de serpentine à concentration élevée du Ni géochimique). Les relations existant entre les paramètres du sol, et en particulier la biodisponibilité des métaux, et l'hyperaccumulation chez ces plantes ont été analysées. Quatre populations ont été sélectionnées pour leur aptitude différente à accumuler les métaux. Cent individus de chaque population ont été cultivés en vases de végétation afin de mettre en évidence des différences génétiques entre les populations. Des individus des mêmes populations ont également été cultivés en conditions climatiques réelles. L'impact de T. caerulescens sur le compartiment biodisponible des métaux a été étudié à l'aide de cultures successives d'une même population dans des systèmes Iysimétriques équipés pour suivre l'évolution des compartiments eau- sol-plantes des métaux. Nos résultats montrent que la concentration du Cd biodisponible est le principal facteur gouvernant l'absorption du métal. Ainsi, il est possible de prédire la concentration du Cd dans les feuilles de T. caerulescens à partir de paramètres du sol facilement et rapidement mesurables (Cd extractible au CaCI2, pH et CEC). Nous avons également mis en évidence des différences génétiques. Les populations hyperaccumulatrices de Cd et de Zn se distingueraient alors de celles hyperaccumulatrices de Ni par la présence d'un transporteur efficace du Cd dans la membrane plasmique racinaire des plantes. Parmi les populations hyperaccumulatrices de Cd, certaines présenteraient une absorption et une translocation du Cd plus efficace et indépendante de l'absorption du Zn, suggérant des mécanismes distincts. Il a également été montré qu'une faible fraction du Cd prélevé par T. caerulescens proviendrait du compartiment du Cd du sol non labile. Au cours de la phytoextraction, les plantes agissent en premier lieu sur le compartiment soluble des métaux du sol, celui-ci étant réapprovisionné par le compartiment biodisponible. En fonction de la capacité tampon des terres, le compartiment biodisponible du Cd pourra être plus ou moins réapprovisionné par ceux moins échangeables. Enfin, nous avons démontré qu'il était possible de prédire le rendement d'extraction du Cd à partir d'un modèle simplifié prenant en compte la biodisponibilité du Cd, la CEC, le pH et la production de biomasse par T. caerulescens.

International audience

La problématique de la contamination des sols urbains et agricoles par les éléments traces métalliques (ETM) est un enjeu majeur en termes de santé publique et de protection de l’environnement. Dans le contexte de l’expansion de l’agriculture urbaine et des jardins communautaires souvent localisés sur des sites contaminés, il existe un intérêt fort pour le développement de méthodes de décontamination moins coûteuses que les méthodes de remédiation conventionnelles et qui préservent l’intégrité et la fertilité du sol. La phytoextraction est une technique écologique de remédiation des sols contaminés en ETM qui repose sur l’utilisation de plantes accumulatrices de métaux pour diminuer les concentrations en ETM dans le sol. La crucifère européenne Noccaea caerulescens (tabouret calaminaire), hyperaccumulatrice de zinc (Zn), cadmium (Cd) et nickel (Ni), s’est imposée comme plante phytoextractrice modèle vu ses étonnantes capacités d’accumulation in natura. Cependant, les conditions de culture optimales de N. caerulescens sont largement méconnues.L’optimisation de la phytoextraction du Cd et du Zn avec N. caerulescens a donc constitué l’objectif principal de ce travail. Nous avons mené des essais de terrain à Bruxelles sur des sites dont les sols sont modérément contaminés en ETM. Le premier objectif était de comparer l’efficacité d’extraction des populations calaminaires du Sud de la France (CAL-SF) et des populations non-métallicoles luxembourgeoises (NMET) de N. caerulescens. En parallèle, un deuxième objectif était de tester l’effet de plusieurs pratiques de culture sur la croissance et l’accumulation afin de développer un itinéraire technique performant. Un dernier objectif était d’étudier l’influence des paramètres édaphiques sur l’efficacité de la phytoextraction. Nous avons mis en évidence pour la première fois sur le terrain que les populations NMET sont nettement plus efficaces pour l’extraction du Zn que les populations CAL-SF et qu’elles combinent à la fois une meilleure production de biomasse et une plus grande résistance aux herbivores et aux pathogènes. Ce travail de thèse souligne que le cycle de vie – annuel ou bisannuel – est un déterminant important de la vitesse de croissance, du rendement d’extraction et du cycle de culture à privilégier. Nos résultats montrent que l’itinéraire technique le plus performant est celui d’un repiquage à l’automne de plantules à cycle bisannuel à densité élevée (100-120 plantes m-²), suivi d’une longue saison de culture (12 mois), tandis que pour des plantes annuelles il faut favoriser une installation au printemps. Enfin, la croissance de N. caerulescens est essentiellement stimulée par des hautes teneurs en matière organique, une faible densité apparente, une texture limoneuse et un bon apport en azote. Ce dernier élément entraîne cependant une baisse des concentrations en ETM dans les plantes quand sa teneur augmente dans le sol. La fertilisation azotée ne devrait donc être utilisée qu’en cas de forte carence azotée.Ce travail a permis de démontrer qu’une culture de N. caerulescens pouvait extraire jusqu’à 18 % du Cd total (CAL-SF) et 10 % du Zn total (NMET) dans les 20 premiers cm de sols modérément contaminés (jusqu’à 10 mg Cd kg-1 et 1000 mg Zn kg-1). À condition d’augmenter et de stabiliser les rendements de biomasse aérienne, la phytoextraction du Cd avec N. caerulescens pourrait donc être une technique pour décontaminer des sols modérément contaminés en Cd tels que les sols agricoles ou les sols urbains., Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique, info:eu-repo/semantics/nonPublished

International audience; Phytoextraction still appears to bethe most relevant solution for decontaminating vast areas of cultivated soils contaminated with Cd, one of the most preoccupying contaminants of the food chain. Among those species which could be used for Cd phytoextraction, the hyperaccumulator Noccaea caerulescenshas the highest potential in a temperate climate. However, until now, little has been done in relation to breeding N. caerulescens. The initial seeds were sampled from 60 populations, mostly located in the Western distribution zone of N. caerulescens. Among them were 20 calamine populations, 36 non-metallicolous populations and 4 serpentine populations. The cultivation device was composed of 30 polyethylene trays each filled with 140 kg of homogenised sandy-loamy soil taken from the ploughed horizon of an agricultural soil. The top layer was contaminated with Cd, Ni and Zn salts, mainly, with concentrations of nearly 9, 200 and 1000 mg kg-1. A bit of Cu and Pb was added, to make the selection pressure a bit closer to that of multicontaminated soils. In order to initiate the creation of phytoextraction cultivars, the best individuals were selected for their high shoot biomass or Cd, Ni and Zn concentrations. They were self-pollinated and the selection and fixation was continued for three generations in greenhouse conditions. Selected plants showed a potential to produce 5 to 10 t dry matter ha-1, which is required to decontaminate soils moderately contaminated with Cd. However, the high biomass genotypes could not be fixed, probably because of their complexity and to the sensitivity of this trait to the environmental conditions, particularly to plant density. Indeed, giving more space to the plants enabled them to lengthen their development stages, to produce more aerial dry matter and to increase their reproductive potential. The selection led to an improvement of the Cd and Zn accumulation capacities of the plants but caused a decrease of their Ni accumulation. This is more likely due to a decline in Ni availability in soil than to a deleterious effect of inbreeding. Metal accumulation appeared more heritable than biomass production and fixation for the former trait should be quicker than for the latter. The accumulation capacities of the selected plants enabled offtakes representing around 25% of the soil Cd in one cropping. However, this potential expressed in greenhouse conditions has to be confirmed in the field, in cooler and more contrasted climates, with more biotic and abiotic stresses

National audience