Revegetation and biodynamisation of an industrial by-product landfill by phytomanagement
Revégétalisation et biodynamisation d’un terril de sous-produits industriels par le phytomanagement
Résumé
Industrial activities can produce huge quantities of residual by-products such as red gypsum from Ti2O production, which present unfavorable physico-chemical conditions for plant growth, including high concentrations of trace elements, low nutrient content, high pH and poor microbial diversity. The operational objective of this thesis project was therefore to propose ways to revitalize a landfill of industrial by-products from the TRONOX France plant, by implementing a revegetation and biodynamisation approach. The general scientific objective was the search for an optimal combination of “substrate / amendment / plant species” to promote the conditions to better revegetation. This phytomanagement study, based on several transdisciplinary approaches (plant ecophysiology, agronomy, remote sensing, and microbiology), combines in-situ essay and mesocosm experiments in order to address the different site issues and specific scientific objectives. We first tested the biodynamisation of the substrate with organic (digestate) and biological (bacterial inoculum) amendments to promote phytostabilisation of TE. The digestate had improved soil functionalities assessed from enzymatic activities, and significantly increased the biomass of Betula pendula. The digestate also increased the P and K nutrient content of the leaves, while decreasing the content of TE such as Fe, Mn and Zn in the leaves. Next, we evaluated the transpiration capacity of the 16 plant species in order to increase the evapotranspiration potential at the Ochsenfeld site. Ostrya carpinifolia was the species that combined the highest values of growth, Mn uptake, and canopy conductance deduced from stomatal conductance and LAI obtained using UAV remote sensing. Finally, we investigated the functional and proteogenomic characteristics of a Pseudomonas sp isolate with high Mn-solubilisation capacity, to better understand the mechanisms of Mn transfer in the soil-plant continuum. Therefore, the amendment of red gypsum with digestate and bacterial isolates capable of solubilisin Mn could be proposed as an effective strategy for revegetation of landfills by Ostrya carpinifolia and other tolerant tree species, in a phytomanagement approach.
Les activités industrielles peuvent produire d'énormes quantités des sous-produits résiduels comme le gypse rouge issus de la production de Ti2O, qui présentent des conditions physico-chimiques défavorables à la croissance des plantes, notamment des concentrations élevées en éléments traces métalliques, une faible teneur en nutriments, un pH élevé et une pauvre diversité microbienne. L’objectif opérationnel de ce projet de thèse était donc de proposer des pistes pour la revitalisation d’un terril de sous-produits industriels issue de l’usine TRONOX France, par la mise en œuvre d’une démarche de revégétalisation et biodynamisation. L’objectif scientifique général était alors la recherche d’une combinaison optimale « substrat / amendement / espèce végétale » pour favoriser les conditions d’une meilleure revégétalisation. Ce travail de phytomanagement, à partir de plusieurs approches transdisciplinaires (l’écophysiologie végétale, l’agronomie, la télédétection, et la microbiologie), combine des essais in-situ et des expériences en mésocosme afin de répondre aux différents enjeux du site et objectifs scientifiques spécifiques. Nous avons d’abord testé la biodynamisation du substrat par des amendements organique (digestat) et biologique (inoculum bactérien) pour favoriser la phytostabilisation des ETM. Le digestat a amélioré les fonctionnalités du sol évaluées à partir des activités enzymatiques, et augmenté significativement la biomasse de Betula pendula. Le digestat a aussi augmenté la teneur en nutriment P et K des feuilles, et a diminué en revanche la teneur en ETM notamment Fe, Mn et Zn des feuilles. Ensuite, nous avons évalué la capacité de transpiration des 16 espèces végétales afin de pouvoir accroître le potentiel d’évapotranspiration sur le site d’Ochsenfeld. Ostrya carpinifolia a été l’espèce qui combine les valeurs les plus élevées de la croissance, de l'absorption de Mn, et de la conductance de la canopée déduite de la conductance stomatique et de LAI obtenue à l’aide de la télédétection par drone. Enfin, nous avons étudié les caractéristiques fonctionnelles et protéogénomiques d’un isolat de Pseudomonas sp à haute capacité de solubilisation de Mn, pour mieux comprendre les mécanismes de transfert de Mn dans le continuum sol-plantes. Finalement, l’amendement de gypse rouge par le digestat et des isolats bactériens capables de solubiliser le Mn pourrait être proposé comme une stratégie efficace pour la revégétalisation des terrils par Ostrya carpinifolia et d’autres espèces d’arbres tolérantes, dans une approche de phytomanagement.
Origine : Version validée par le jury (STAR)