La thèse de Julien LANGRAND, réalisée dans le cadre du projet DEPHYTOP, intitulée :
Optimisation de la filière plantes aromatiques/huiles essentielles dans un contexte de phytomanagement : impact sur le microbiote des sols pollués par les éléments traces
a été soutenue le mercredi 3 juillet 2024 à 14h dans l’amphithéâtre C001 à l’ULCO de Calais.
devant le jury d’examen :
Mme S. Ouvrard, Directrice de recherche HDR, Université de Lorraine, Présidente
M. S. Bourgerie, Maître de Conférences HDR, Université d’Orléans, Rapporteur
Mme F. Changey, Maître de Conférences, Université de Lorraine, Examinatrice
A. Burges, Maître de Conférences, JUNIA Lille, Examinateur
M. J. Fontaine, Professeur, ULCO, Directeur de thèse
Mme A. Lounès – Hadj Sahraoui, Professeure, ULCO, Directrice de thèse
Résumé :
Le phytomanagement correspond à une gestion intégrée des sites et sols pollués, reposant sur la mise en place in situ d’un couvert végétal visant à : réduire le risque de toxicité des sols pollués en immobilisant les éléments traces (ET) dans la rhizosphère (phytostabilisation), permettre la réhabilitation écologique des sols pollués en augmentant la biodiversité et l’activité microbienne du sol et, redonner un bénéfice socio-économique aux sites pollués en valorisant la biomasse, via le développement de filières éco-responsables. Dans ce contexte, la culture de plantes aromatiques et médicinales (PAM), destinée à la production d’huiles essentielles (HE) a été récemment présentée dans le cadre du projet DEPHYTOP, financé par l’ADEME, comme une alternative innovante et économiquement viable pour le phytomanagement des sols pollués. Ainsi, ma contribution dans ce projet a permis d‘évaluer la pertinence de ce mode de gestion reposant sur la culture in situ de PAM, l’angélique et la coriandre et l’emploi d’amendements minéraux (laitiers sidérurgiques) ou biologiques (inoculum mycorhizien) pour le phytomanagement de sols pollués par des ET. À ce titre, différents paramètres ont été suivis : la croissance des plantes, la production de biomasse, la teneur et la qualité des HE ainsi que la biomasse microbienne (acides gras associés aux phospholipides), la composition et la structure des communautés microbiennes (analyse métagénomique – MiseqIllumina) et le potentiel métabolique (Biolog ecoplate) du sol. La coriandre ainsi que l’angélique se sont correctement développées sur le sol pollué, et ont produit une quantité importante de biomasse. Néanmoins, les amendements n’ont pas significativement augmenté la biomasse de la plante, ni les rendements ou la qualité de l’HE d’angélique. En revanche, l’HE d’angélique présente une qualité très satisfaisante, caractérisée par une faible teneur en ET ou en résidus de pesticides (traces). Sa composition chimique, n’est pas modifiée par la présence d’ET dans le sol, ni par l’inoculation mycorhizienne, et est identique à celle d’une HE commerciale. Des propriétés biologiques valorisables dans des filières non-alimentaires, tels que la protection des cultures (effets fongistatiques, et herbicides) ou la santé humaine (effets anti-inflammatoires et antioxydants) ont été mises en évidence. L’analyse technico-économique de la filière PAM-HE souligne le haut potentiel économique de l’angélique dans une démarche de phytomanagement de sols pollués par les ET. La culture de PAM et sa durée ont influencé les communautés bactériennes et fongiques du sol pollué, entraînant une augmentation de la biomasse microbienne totale, de l’activité métabolique globale, et du métabolisme du C. En outre, l’inoculation mycorhizienne a amélioré de manière significative la diversité et la biomasse bactérienne après trois années de culture et a permis d’augmenter les interactions positives entre les microorganismes du sol pollué. Enfin, ces résultats combinés à l’étude d’acceptabilité sociale des HE issues de sols pollués, montrent le potentiel de la filière PAM-HE dans une stratégie de phytomanagement d’un sol pollué par les ET.
Mots clés : pollution des sols, éléments traces, phytomanagement, plantes aromatiques et médicinales, angélique, coriandre, huiles essentielles, inoculation mycorhizienne, laitiers sidérurgiques, microbiote rhizosphérique
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The defense of Julien LANGRAND thesis , carried out in the frame of DEPHYTOP project, entitled:
Optimization of the aromatic plant/essential oil sector in a phytomanagement context: impact on the microbiota of trace elements polluted soils
taked place on Wednesday, 3rd July 2024 at 2pm in the C001 amphitheater at the ULCO of Calais.
Abstract:
Phytomanagement corresponds to the integrated management of polluted sites and soils, based on the in situ installation of a plant cover aimed at: reducing the risk of toxicity of polluted soils by immobilizing trace elements (TE) in the rhizosphere (phytostabilization), enabling the ecological rehabilitation of polluted soils by increasing biodiversity and soil microbial activity and, restoring a socio-economic benefit to polluted sites by valorizing biomass, via the development of eco-responsible channels. In this context, the cultivation of aromatic and medicinal plants (MAP) for the production of essential oils (EO) was recently presented as an innovative and economically viable alternative for the phytomanagement of polluted soils, as part of the DEPHYTOP project funded by ADEME. My contribution to this project has enabled me to assess the relevance of this management method, based on the in situ cultivation of MAP, angelica and coriander, and the use of mineral amendments (steel slags) or biological amendment (mycorrhizal inoculum) for the phytomanagement of TE-polluted soil. Various parameters were studied: plant growth, biomass production, HE content and quality, microbial biomass (fatty acids associated with phospholipids), microbial community composition and structure (metagenomic analysis – MiseqIllumina) and soil metabolic potential (Biolog ecoplate). Both coriander and angelica grew well on the soil polluted by the TE, and produced a significant amount of biomass. Nevertheless, the amendments did not significantly increase plant biomass, yield or quality of angelica EO. On the other hand, the quality of angelica EO is very satisfactory, with low levels of TE or pesticide residues (traces). Its chemical composition is not modified by the presence of TE in the soil, nor by mycorrhizal inoculation, and is identical to that of a commercial EO. Biological properties that can be used in non-food applications, such as crop protection (fungistatic and herbicidal effects) and human health (anti-inflammatory and antioxidant effects), have been demonstrated. The technical and economic analysis of the MAP-EO sector highlights the high economic potential of angelica in the phytomanagement of soil polluted by the TE. The cultivation of MAP and its duration influenced the bacterial and fungal communities of the polluted soil, leading to an increase in total microbial biomass, overall metabolic activity and C metabolism. In addition, mycorrhizal inoculation significantly improved bacterial diversity and biomass after three years of cultivation, and increased positive interactions between microorganisms in the soil polluted by the TE. Finally, these results, combined with the study of the social acceptability of EO from polluted soils, demonstrate the potential of the MAP-EO sector in a phytomanagement strategy for soil polluted by the TE.
Key words: soil pollution, trace elements, phytomanagement, aromatic and medicinal plants, angelica, coriander, essential oils, mycorrhizal inoculation, steel slag, rhizosphere microbiota
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