Trouver un amendement capable de limiter la biodisponibilité en métaux lourds via la modification du pH du sol.

Travail en collaboration avec l'entreprise Cueillette Urbaine. Directeur opérationnel : Julien GIRADON

1. Introduction : 

Problématique de l'entreprise :

Des analyses réalisées sur des tomates issues de l'un des potagers montrent une contamination des fruits au Cd et au Pb. La source de pollution = le sol rapporté. 

Méthode pour répondre à la problématique :

Phytotechnologie = La biostabilisation (économique, facile, rapide) .  Utilisation d'amendement pour modifier la

biodisponibilité des métaux lourds. Mécanismes de précipitation, d'adsorption et d'immobilisation des polluants.

Problématique scientifique :

Quels amendements diminuent la biodisponibilité du Cd et du Pb sans pénaliser le rendement dans une culture de persil plat, en conditions contrôlées de serre ?

Objectifs :

• Valider les amendements 
• Évaluer les modifications du pH par les amendements 
• Évaluer la biostabilisation des polluants par les amendements 
• Évaluer la productivité du persil plat selon les amendements

2. Matériels et Méthodes

Quels polluants ? Cadmium (Cd) et Plomb (Pb)

Deux métaux lourds, inorganiques, parmi les plus répandus dans les sols (4). Seuil de pollution selon les fonds géochimiques.

• pH acide : forme mobile, soluble, biodisponible.
• pH alcalin : forme particulaire, immobile du sol.

Cd et Pb, parmi les plus néfastes pour la santé humaine.

Quelle espèce ? Le persil plat Petroselinum crispum var. napolitain

Plante condimentaire alimentaire.

• Intérêt agricole : 2ème plante la plus cultivée en pot (5 000 ha).
• Intérêt scientifique : Cycle rapide, Facteur de bioaccumulation présent mais faible, plante excluante des métaux lourds. (1, 2).

Quels amendements ?

Compost :  

• Composition : inconnue, riche en matière organique.
• Effets : réduit la compaction du sol, améliore les macronutriments disponibles (4, 5).

Biochar, marque Terralba :

• Composition : charbon végétal (31 %) , matière organique (33 %), éléments minéraux (C, N, P, K, Ca, MgO).
• Effets : améliorer la croissance des plantes, les paramètres physico-chimiques (pH) et biologiques du sol (3, 4).

Chaux Vive compacté, marque Star Jardin :

• Composition : oxyde de calcium (CaO), Oxyde de magnésium (MgO).
• Effets : la chaux libère des ions calcium, stabilise la structure des sols, augmente la disponibilité des ions potassium et magnésium. Souvent utilisé pour conditionner les sols à pH acide (effet alcalinisant) (6).

1. Mise en culture du persil

A) Préparation du substrat :   28 octobre 2025

Tamisage de la terre de l'entreprise avec un tamis à 6,3 mm. Ensuite répartition de la terre selon les conditions : Témoin, Compost, Biochar et Chaux. 

Afin d'homogénéiser les substrats des quatre conditions, nous ajoutons de l'eau distillée dans les bacs afin d'obtenir une capacité de champs à 100%, pendant 48h00.

B) Mise en culture du persil : du 28 au 31 octobre 2025

Nous avons reçu le 28 octobre 2025, 31 persils cultivés en serre hydroponique, à ce moment là, ils étaient âgés de 4 mois et 15 jours (135jours). Nous les plaçons dans un bac afin d'effectuer une période d'acclimatation, vers un substrat solide (terre), pendant 48h00.

Le 30 octobre nous avons transplanté les persils, en coupant au préalable les racines à 10 cm, pour éviter le compactage des racines, puisque les pots ont une hauteur de 13 cm. La mise en pot s'effectue en mettant 1 plante de persil par pot.

Le plan de culture : 

Le dispositif d'éclairage : avec un éclairage de 10 000Lux et un éclairage en continu pendant 12h00 :

L'arrosage s'effectue trois fois par semaine, en remplissant les bacs de récupération d'eau distillée, afin d'effectuer un arrosage "par le bas" et d'éviter toute contamination.

2.  Analyse phénotypique

Nous avons mesuré la taille racinaire, la taille végétative , la m asse fraiche ainsi que l'a spect général des persils puis analyser ses résultats sur Rstudio. 

3. Caractérisation du sol

Pour cela nous avons effectué une mesure d'un paramètre physico-chimique, soit le pH. D'après la bibliographie, il a été recommandé de mesurer la teneur en carbone organique, en azote et en phosphate, qui n'a pas pu être réalisé. Enfin nous avons pu obtenir des résultats d'une analyse bactérienne par coloration de Gram, qui a été effectuée par le personnel du FabLab.

4. Quantification métaux lourds

Nous avons effectué une quantification totale du Cd et du Pb dans les substrats, dans les périls par ICP-OES via la plateforme chimique de haute résolution ALIPP6 à l'aide de madame Julie NOËL, directrice technique d'ALIPP6 au sein de l'ISTeP UMR7193.

Méthodologie de la préparation de nos échantillons à une ICP-OES :

Les résultats obtenus de la quantification des substrats et des périls nous ont permis de calculer le facteur de bioaccumulation, qui correspond à un proxy de la fraction soluble des métaux lourds des sols.

Facteur de bioaccumulation = [métaux] plante / [métaux] sol

Nous définissons ainsi nos temps de manipulation à : 

3. Résultats

2.  Analyse phénotypique

Mesure qualitative : aspect général

T0

• Port bien dressé.
• Couleur verte.
• Feuilles composées pennatiséquées développées.

T1

• Flétrissement et jaunissement.
• Couleur vert foncé.
• Feuilles composées pennatiséquées développées, mais flétries.

Mesures quantitatives : Tailles et masses

Aucune différence significative entre les temps ou les conditions testées parmi les trois mesures.

Contamination biologique détectée dès le 12 nov. 2025 : 

3. Caractérisation du sol

Mesure paramètres physico-chimiques (pH)

Augmentation du pH pour les conditions chaux et compost à T0. Homogénéisation du pH à T1 pour nos quatre conditions.

Analyse bactérienne : Coloration de Gram

On obtient une coloration violette, on est en présence de bactéries gram+. L'Observation au microscope à photon révèle des bactéries en forme de batônnets, il s'agit de bactéries Bacillus, famille des Bacillaceae .

4. Quantification métaux lourds

Terre (fraction totale)

CdCD :

• Concentration totale du sol similaire à celle du témoin.
• Chaux T0 :  inféInférieure à celle du témoin.

Pb :

• Biochar : données aberrantes. Ils sont exclutexclus pour ces résultats.
• Augmentation entre T0 et T1.
• Concentration totale du sol similaire à celle du témoin, légèrement supérieure pour la chaux.

P ersils entiers (partie aérienne et racinaire)

CdCD :

• Biochar et Chaux :  concentration totale dans le persil Inférieure à celle du témoin.
• Compost : supérieur à celle du témoin.

Pb : 

• Biochar et Compost : concentration totale dans le persil supérieur à celle du témoin.
• Chaux : inférieure à celle du témoin.
• Compost : supérieure à celle du témoin.

Pb : 

• Biochar et Compost : concentration totale dans le persil supérieure à celle du témoin.
• Chaux : inférieure à celle du témoin.

Facteur de bioaccumulation 

CdCD :

• Biochar : facteur de bioaccumulation similaire à celui  du témoin. (-5,05 %)
• Compost : supérieur à celui du témoin. (+49,59 %)
• Chaux :  inférieur à celui témoin. (- 29,70 %)

Pb :

• Compost :  supérieur à celui du témoin. (+ 64,40 %)
• Chaux :  inférieur à celui du témoin. (-37,37 %)

4. Discussion 

2.  Analyse phénotypique

On constate aucun effet significatif des amendements sur la  taille des parties aériennes, la taille racinaire, la masse de la biomasse. Donc aucun impact négatif observé sur la croissance, quel que soit l'amendement. Mais aspect général flétrie.

Hypothèse : Un stress biotique, causé par une maladie cryptogamique et une infestation de pucerons, a probablement impacté la croissance des plantes. Cela a pu masquer les effets positifs potentiels des amendements.

3. Caractérisation du sol

Mesure paramètres physico-chimiques (pH)

Les différences observées sont en concordance avec les effets des amendements. (Chaux : effet alcalinisant).

Analyse bactérienne : Coloration de Gram

Observation de Bacillus (famille des Bacillaceae).

• Peu informatif sur la santé du sol.
• Espèce ubiquitaire et n'est pas considérée comme un bioindicateur.

À l'inverse, une analyse de l'abondance et de la diversité bactérienne aurait été plus informative pour évaluer la qualité biologique du sol. Enfin pour la qualité générale du sol, les mesures effectuées ne sont pas suffisantes pour conclure sur la qualité globale du sol.

4. Quantification métaux lourds

On observe une augmentation de la concentration du Cd et surtout du Pb dans le sol entre T0 et T1. Ceci peut être expliqué par le type d'arrosage qui a été utilisé lors de nos manipulations. 

Concernant les résultats de la quantification du persil et du facteur de bioaccumulation on observe une augmentation ou diminution de la concentration du Cd et du Pb. Ceci peut être expliqué par l'effet de l'amendement, s'il biostabilisant des métaux lourds ou non. 

Conclusion :

Parmi les trois amendements étudiés, la chaux se démarque nettement comme la solution la plus efficace pour réduire la biodisponibilité des métaux dans le sol, sans effet négatif sur la croissance des plantes. C’est également dans ces conditions que le pH augmente, favorisant la formation de métaux complexés et/ou de précipités, ce qui diminue la présence d’ions métalliques libres. Le compost, lui, favorise l’absorption des métaux par les plantes, mais montre une efficacité limitée en matière d’immobilisation. Quant au biochar, son effet reste assez neutre, avec peu d’impact observé sur la biodisponibilité, et les données manquantes concernant la quantification du plomb dans le sol ne permettent pas de conclure efficacement sur son effet. En somme, pour limiter la toxicité métallique en sol, la chaux reste le meilleur choix.

 

Bibliographie : 

1.

Despina-Maria Bordean, Ioan Caba, Tiberiu Iancu. Évaluation des facteurs de transfert et de bioaccumulation des métaux lourds dans différents échantillons de persil. 24e Symposium international sur les problèmes analytiques et environnementaux. Disponible à l'adresse : https://acta.bibl.u-szeged.hu/56285/1/proceedings_of_isaep_2018_083-086.pdf

2.

Petroselinum crispum (Mill.) Nyman (persil) | SpringerLink. [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-030-38792-1_13

3 .

BEESLEY, Luke, MORENO-JIMÉNEZ, Eduardo et GOMEZ-EYLES, Jose L. Effets des amendements de biochar et de compost de déchets verts sur la mobilité, la biodisponibilité et la librement des contaminants inorganiques et organiques dans un sol pollué par plusieurs éléments. Pollution de l'environnement (Barking, Essex : 1987). Juin 2010. Vol. 158, n° 6, p. 2282-2287. DOI  10.1016/j.envpol.2010.02.

4.

ALABOUDI, Khalid A., AHMED, Berhan et BRODIE, Graham. Effet du biochar sur la disponibilité du Pb, du Cd et du Cr et la croissance du maïs dans un sol contaminé artificiellement. Annales des sciences agricoles. 1 juin 2019. Vol. 64, n° 1, p. 95-102. DOI 10.1016/j.aoas.2019.04.002 .

5.

KARALIC, Krunoslav, LONCARIS, Zdenko, POPOVIS, Brigita. Effet de transport sur la disponibilité des métaux lourds du sol. Porte de recherche. [en ligne]. 6 août 2025. Disponible à l'adresse : https://www.researchgate.net/publication/288761804_Liming_effect_on_soil_heavy_metals_availability

6.

COMPÉRE, Anaïs et UNIVERSITÉ DE LIÈGE > MASTER INGÉ. CIV. CONSTR., Fin. Amélioration des sols par traitement à la chaux : Lien entre la résistance mécanique et la microstructure. [en ligne]. 25 juin 2023..Disponible à l'adresse: https://matheo.uliege.be/handle/2268.2/17722 Accepté: 2023-07-12T02:18:46Z

7.

RAMMAL, Jana, DIAB, Walaa, NASSER, Ghassan, ABDEL BAKI, Zaher, EL BADAN, Dalia M., HAIDAR, Chaden et HIJAZI, Akram. Voies de transport et biodisponibilité des métaux lourds présents dans les sols des systèmes agricoles. Journal de chimie organométallique appliquée. 1 juillet 2025. Vol. 5, n° 3, p. 368-391. DOI 10.48309/jaoc.2025.524695.1297 .

Remerciements

Nous tenons à remercier chaleureusement Monsieur Julien GIRADON, directeur opérationnel, ainsi que l’ensemble de l’équipe de Cueillette Urbaine, Monsieur Arnould SAVOURE, responsable pédagogique, Monsieur Steve HUBERT, responsable de l’espace biologie et chimie ainsi que toute l’équipe du FabLab, Monsieur Emmanuel AUBRY, assistant ingénieur en analyse chimique au METIS UMR 7619, Et enfin, Madame Julie NOËL, directrice technique d’ALIPP6 au sein de l’ISTeP UMR7193.

Annexes : Valeurs brutes Cd

Annexes : Valeurs brutes Pb