Polluants

2003/01/01 Galarraga Aiestaran, Ana - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

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Plus l'écosystème est riche, plus sa capacité d'innovation est grande.

Jusqu'au désastre d'Exxon Valdez, peu savaient ce qu'était la biorémédiation. Cependant, à cette époque, les chercheurs étudiaient depuis des années des êtres vivants avec une capacité de nettoyage. La biorémédiation est basée sur la récupération des sols et/ou des eaux polluées par l'utilisation d'êtres vivants dégradables.

La nature a la capacité de se régénérer par elle-même, par exemple, si dans une forêt on pratique une grande coupe d'arbres, dans le sol il reste beaucoup de matière organique. Ainsi, les organismes saprophytes qui habitent la matière organique en décomposition se multiplient et dégradent le matériel tombé. Son travail fait que la forêt retrouve son équilibre.

L'être humain a appris à utiliser dans son propre intérêt ce qui se passe dans la nature, par exemple, depuis longtemps les puits noirs sont utilisés pour épurer les eaux usées. Autrefois, ils ne connaissaient pas les bases scientifiques des processus qui y étaient produits, malgré les résultats tangibles. Par la suite, on a découvert que les bactéries anaérobies qui se trouvent au fond des puits noirs, qui n'ont pas besoin d'oxygène pour vivre, décomposent la matière organique coulée, tandis que celle qui reste en surface est dégradée par des bactéries aérobies qui ont besoin d'oxygène. Actuellement, ces mêmes processus sont utilisés dans les stations d'épuration urbaines et industrielles.

Du puits noir à marée noire

Les pétroliers se transforment en bombes contre l'environnement lorsqu'ils s'enfoncent accidentellement.

Pendant de nombreuses années, les polluants générés dans les activités industrielles, minières, agricoles... ont été simplement émis dans l'environnement, dépassant la capacité de renouvellement de la nature. Il existe actuellement des lois et des normes spécifiques de protection de l'environnement qui obligent à un traitement spécial des déchets. Mais des accidents peuvent toujours survenir. Par exemple, en novembre dernier, le pétrolier Prestige a coulé dans les eaux galiciennes, qui est devenu une bombe contre l'environnement.

C'est également le cas pour le pétrolier Exxon Valdez. Pour combattre la marée noire créée alors, entre autres, des micro-organismes ont été utilisés. Certains microorganismes marins ont vu leur capacité à dégrader les hydrocarbures: Par exemple, les bactéries des genres Pseudomonas , Corynebacterium et Mycobacterium, certaines levures et algues vertes. En outre, pour augmenter leur efficacité, l'azote, le phosphore et le potassium ont été fournis, nutriments importants pour les micro-organismes.

D'autre part, le vent et les vagues contribuent également à éliminer la marée noire. En raison du vent et de la houle, une émulsion est formée, c'est-à-dire que les molécules de combustible sont dispersées en petites particules. Cela facilite l'arrivée de micro-organismes marins pétroliers à l'intérieur de la couche de pétrole.

Comme dans la mer, sur la terre

Les stations d'épuration utilisent des micro-organismes pour le nettoyage des eaux usées.

Si le déversement se produit sur le sol, le processus est différent. La dégradation est entre les mains des champignons et des bactéries, mais elle est plus difficile que dans l'eau. C'est parce que, d'une part, le carburant est filtré dans les couches inférieures et, d'autre part, il est piégé dans les processus de formation de l'humus. Une autre différence avec les rejets qui se produisent dans l'eau est que dans le sol, le facteur qui limite la prolifération des champignons et des bactéries n'est pas la pénurie de nutriments, mais le manque d'oxygène. Pour que les micro-organismes aient suffisamment d'oxygène pour se reproduire, le sol sera aéré ou des peroxydes ajoutés (H 2 O 2).

Outre les combustibles, les microorganismes dégradent de nombreux autres polluants organiques tels que les hydrocarbures aromatiques polycycliques (PAH), les biphényles polychlorés (PCB), les explosifs, les pesticides, etc.

Certains de ces polluants organiques sont des molécules présentes dans les êtres vivants, il peut donc être relativement facile de trouver un micro-organisme qui les dégrade. Cependant, quand il s'agit de nouvelles molécules, étranges à la vie, il est beaucoup plus difficile de trouver un micro-organisme capable de la décomposer.

En Euskal Herria l'activité minière a été très ancienne. Mais, surtout, depuis l'augmentation de l'activité en raison des progrès technologiques ont été pollués à la fois le sol.

Selon Juan Luis Ramos, directeur de la station expérimentale du Conseil supérieur de recherches scientifiques d’Espagne (CSIC), ZADIN, « il n’y a pas eu suffisamment de temps pour produire des enzymes qui éliminent ces substances étrangères, donc elles s’accumulent ». Et il est encore plus difficile de trouver des micro-organismes appropriés pour le nettoyage des sols contaminés avec des métaux lourds (cadmium, plomb, béryllium, mercure...).

Plantes nettoyantes

Certaines plantes, quant à elles, ne renoncent pas à ces métaux lourds toxiques pour les autres organismes. Par conséquent, ils sont aptes à être utilisés dans le remédiage qui est servi des plantes. Dans ce domaine, la Faculté des sciences de l'UPV/EHU de Leioa et NEIKER travaillent ensemble.

Le département de Biologie Végétale et Écologie, José Maria Becerril, a expliqué qu'il essayait d'obtenir des plantes capables d'éliminer les métaux lourds. En fait, l'exploitation minière a eu une grande force dans certains endroits du Pays Basque et de nombreux sols ont été contaminés par des métaux lourds. Au fil du temps, on court le risque que ces métaux passent aux êtres vivants et, par leur toxicité, ils peuvent causer de graves problèmes de santé.

Rumex acétosa est une plante qui absorbe les métaux. Le métal accumulé donne aux feuilles une couleur sombre.

A. Galarraga

L'extraction des métaux est effectuée par des méthodes physico-chimiques, mais ils ont un effet très négatif sur le sol, en raison de la nécessité de leur transfert au lieu de traitement, avec une altération totale du sol. En revanche, les plantes ayant une capacité d'absorption et d'accumulation de métaux lourds sont plantées sur place. Cela permet de récupérer un paysage désertique.

Ces plantes spéciales accumulent entre 10 et 1000 fois plus de métaux que les métaux conventionnels, de sorte que la quantité cumulée de métaux peut représenter entre 1 et 5% du poids de la plante sèche. La combustion de la plante permet la collecte des métaux et profiter de l'énergie libérée pendant l'incinération.

Plantes minières

Malheureusement, ces usines d'accumulation de métaux sont généralement petites et rares, donc même si de grandes concentrations de métaux sont extraites, de petites quantités sont finalement obtenues. Afin de surmonter ce problème, la Faculté des sciences et NEIKER ont abordé deux voies: d'une part, l'étude des plantes avec une plus grande capacité de stockage des métaux lourds et, d'autre part, la transformation des plantes utilisées dans les champs en un bon extracteur de métaux.

Bien que les espèces des champs de culture ne soient pas très bonnes dans l'absorption des métaux lourds, elles ont une biomasse beaucoup plus grande que les accumulateurs de plantes, beaucoup plus de matière organique. Par conséquent, ils visent à augmenter la tolérance et la capacité d'absorption de certains métaux dans certaines plantes des champs, afin de créer des plantes capables d'extraire de grandes quantités de métaux. Pour l'instant, les meilleurs résultats ont été obtenus avec le chardon.

Quant aux plantes métal-accumulatrices, elles se sont concentrées sur les plantes qui poussent dans les décharges de mines. Au début, on a recueilli les plantes des mines, dont celles qui pouvaient stocker des métaux ont été sélectionnées. Par la suite, d'autres facteurs ont été pris en compte: la biomasse qu'ils avaient, leur facilité d'utilisation ou non, leur attrait pour les herbivores... Si la plante était attrayante, les herbivores aideraient à développer le polluant.

Selon ces critères, deux ou trois étages des 60 ont été sélectionnés initialement. L'un d'eux est Rumex acétosa, qui étudie maintenant comment augmenter l'efficacité de l'extraction. D'une part, ils veulent connaître les conditions idéales pour augmenter la biomasse de la plante (pH, température, humidité, etc. ). D'autre part, on cherche à rendre les métaux plus accessibles pour la plante. L'ajout de liants dans le sol favorise la formation de ligantes-métaux composites qui sont plus facilement absorbés par les plantes. Cependant, le fait que les métaux soient plus abordables comporte le risque que les autres êtres vivants puissent le faire plus facilement.

Mieux collaborer

En dehors de l'extraction et l'accumulation de métaux, d'autres mécanismes des plantes sont également utiles dans le remédiement. Par exemple, les plantes peuvent expulser des polluants volatils avec la respiration. Les plantes aident à fixer les contaminants autour des racines. En fait, les plantes sont des pompes à eau fonctionnant à la force solaire, par exemple, les peupliers sont capables d'absorber 115 litres d'eau par jour et se développent rapidement. Ainsi, les peupliers sont utilisés dans différentes zones pour éviter le passage de polluants à couches inférieures.

Aux États-Unis, des peupliers sont utilisés pour fixer les contaminants dans l'environnement. Les peupliers sont capables d'absorber 115 litres d'eau par jour.

En plus de tout cela, 20% de la matière organique produite par les plantes coulent par les racines. Cette matière organique est une excellente source d'énergie pour les bactéries et les champignons. Par conséquent, les micro-organismes se concentrent autour des racines. Compte tenu de cela, les plantes peuvent être utilisées pour l'incorporation et la dispersion de micro-organismes dégradants.

La combinaison de la force d'absorption des plantes et de la capacité de dégradation des micro-organismes augmente considérablement l'efficacité du remède. Les plantes ne dégradent pas les polluants, au mieux elles les transforment pour qu'elles ne soient pas toxiques. Cependant, pour celui qui mange la plante peut rester toxique ou, après la mort de la plante, retourner au sol le polluant. D'où son intérêt pour la combinaison de micro-organismes et de plantes, parmi lesquels on peut obtenir une totale dégradation et élimination du polluant. Et si les racines de ces plantes ont différentes longueurs, mieux, car ils travailleront à différentes profondeurs.

Clair-obscur obscurs

La biorémédiation a des avantages évidents: elle est moins chère que les méthodes physico-chimiques, ne génère pas beaucoup de déchets, accélère les processus qui se produisent dans la nature, s'applique sur le terrain, utilise l'énergie solaire, la société le voit avec de bons yeux (sauf dans le cas des organismes créés avec biotechnologie)...

Dans le remédiage, il est pratique d'utiliser des plantes avec des racines de différentes longueurs pour travailler à différentes profondeurs.

Cependant, tout n'est pas favorable. Premièrement, l'écologie autochtone change en raison de l'introduction d'êtres vivants qui n'existaient plus. De plus, parfois, le risque d'entrée de polluants dans la chaîne alimentaire augmente; les substances nocives qui étaient auparavant dans le sol passent à la fois aux micro-organismes et aux plantes, facilitant le passage aux animaux qui en sont nourris. À l'extrémité finale de la chaîne serait l'homme.

En plus de leurs effets sur l'environnement, les techniques de biorémédiation ont de nombreuses limitations à surmonter. En général, ils sont peu efficaces: ils ne peuvent être utilisés qu'avec certains polluants, ils doivent être présents à la surface du sol ou de l'eau et, surtout, ils ont besoin de beaucoup de temps, mois ou années.

Cependant, pour le moment, il n'existe pas de solution complète pour le nettoyage des sols contaminés, il est donc jugé utile de considérer la biorémédiation.

Biotechnologie et bactéries ‘suicides’

La biotechnologie vise à améliorer la nature. Connaissant les enzymes qui dégradent les contaminants, les chercheurs cherchent à identifier les gènes qui contrôlent leur production. Par la suite, ces gènes peuvent être introduits dans le code génétique de l'organisme qui convient. Ainsi, les propriétés de certains micro-organismes dans la nature peuvent être regroupées en une seule bactérie ou former dans une plante les gènes des bactéries.

Par exemple, au centre ZADIN du CSIC, on a fabriqué une bactérie capable de minéraliser l'explosif TNT (2,4,6 trinitrotoluène) que les vivants ne peuvent pas dégrader. Le TNT est l'explosif le plus utilisé au monde et est très polluant. Certaines bactéries du genre Pseudomonas ont vu que le TNT est capable de se dégrader jusqu'au toluène, tandis que les enzymes qui dégradent le toluène sont codées dans le WWO plasmide. Ils ont mis le plasmide dans le génome de la bactérie et ont obtenu la bactérie qui élimine le TNT. Puis ils ont fait un pas de plus: En introduisant les gènes associés à la dégradation du TNT dans l'usine de tabac, un tabac transgénique a été élaboré qui décompose totalement l'explosif.

Des essais similaires sont en cours dans de nombreux centres de recherche, mais pour le moment en Europe, les études sur le terrain ne sont pas autorisées, car elles ignorent l'influence des gènes étrangers d'organismes génétiquement modifiés dans la nature. Les organismes génétiquement modifiés sont maintenant à la recherche de moyens de contrôler et, entre autres, des bactéries suicides ont été créées qui sont éliminées après la dégradation du polluant.

Les bactéries ‘suicides’ sont tuées à la fin du polluant dégradant. Ceci est obtenu en introduisant le gène codant une protéine spéciale dans le génome des bactéries recombinantes. Cette protéine perce la paroi cellulaire de la bactérie, de sorte qu'elle meurt.

Tant qu’il y a un polluant, le gène ‘tueur’ est inhibé, qui est le propre polluant. Cependant, lorsque les bactéries dégradent tout le polluant, le gène s'exprime et se produit des protéines, qui percent la paroi cellulaire et la bactérie meurt. Ce mécanisme vise à éviter le passage de gènes étrangers à la nature.