Utilisation de la luzerne pour le traitement par phytoremédiation assistée chimiquement et biologiquement de sols co-contaminés par des métaux lourds et des hydrocarbures pétroliers

General background: As a result of human activity, soil resources have been contaminated with heavy metals and petroleum hydrocarbons. The great number of co-contaminated soils in the environment shows just how important it is to find remediation solutions adequate in such complex scenarios, which had seldom been studied before. Phytoremediation is a biological remediation technology, which takes advantage of the intrinsic physiological abilities of plants to remediate contaminated media. Plants and their associated microorganisms perform phytoremediation processes (e.g. phytoextraction and rhizodegradation), which can bring about the clean-up of cocontaminated soils. However, a major constraint which hinders the success of phytotechnologies is low bioavailability of pollutants in soil. As a result, chemically and biologically assisted phytoremediation are possible strategies used to overcome this limitation and enhance the efficiency of remediation. The chemical approach presented in this study involves adding biodegradable soil amendments to increase the ability of contaminants for being transferred from soil to plants and microorganisms. The biological strategy explored herein consists of inoculating contaminated soils with bacteria (bioaugmentation) able to improve remediation of pollutants and/or promote plant features.Main objectives: a) investigating the phytoremediation potential of alfalfa (Medicago sativa L.) in co-contaminated soils b) studying the effects of the low molecular weight organic acid citric acid and the surfactant Tween® 80 on the phytoremediation process c) assisting phytoremediation with a bioaugmentation approach using Pseudomonas aeruginosa bacteria.Methodologies: Determining germination and mortality rates, assessing plant physiological parameters. Quantifying plant biomass, heavy metals in plants, total petroleum hydrocarbons (TPH) in soil, soil microbiological indicators. Calculating phytoremediation parameters.Remarkable results: Alfalfa presented low tolerance to TPH contaminated soil at 8400 mg kg-1 soil, which was improved when TPH were present at a lower rate of concentration (3600 mg kg-1 soil). Alfalfa was able to take up limited quantities of metals (<100 mg kg-1 dry matter), while it had a positive effect on promoting the microbial number of alkane degraders and lipase activity in the rhizosphere. Moreover, the combined application of citric acid and Tween® 80 resulted in a greater improvement of these parameters. Bioaugmentation with P. aeruginosa had a promoting effect on alfalfa biomass (71% increase of plant total dry biomass). In addition, the highest TPH removal rates (68%, after 90 days of experiment) were obtained in soils vegetated with alfalfa and bioaugmented with P. aeruginosa. Overall conclusion: Alfalfa can tolerate a heavy metal and petroleum hydrocarbon co-contaminated soil (subject to TPH levels), which is an essential characteristic of any plant species used in phytoremediation. Alfalfa could not be considered as an active heavy metal removal species as it was not able to phytoextract significant amounts of heavy metals (still in the presence of soil amendments or bioaugmentation). Nevertheless, the enhancement of microbial number and activity in the rhizosphere encouraged the potential of this plant species to be successfully used in the remediation of petroleum hydrocarbons. These effects were further enhanced by thejoint application of soil amendments. Finally, the combination of phytoremediation and bioaugmentation seems to be a promising approach to remediate petroleum hydrocarbons, when present in co-contaminated soils.Contexte general: En raison des activités anthropiques, les sols sont souvent contaminés par des métaux lourds et des hydrocarbures pétroliers. Le nombre important de sites co-contaminés dans l'environnement met en lumière la nécessité de trouver des solutions adéquates à ces scénarios complexes d'assainissement, qui, de plus, sont rarement étudiés. Parmi les techniques d’assainissement biologique, la phytoremédiation est une technique qui se base sur les propriétés naturelles des plantes pour assainir les sols. L’utilisation conjointe des plantes et des microorganismes pour dépolluer les sols co-contaminés est une stratégie de traitement en plein essor. Cependant, l’obstacle majeur qui entrave la réussite de tels traitements est la faible biodisponibilité des polluants dans le sol. Par conséquent, la phytoremédiation peut être assistée par des traitements chimiques et/ou biologiques afin de surmonter cette limitation et d'améliorer l'efficacité de l'assainissement. Dans cette étude, l'approche chimique implique l'ajout d'amendements biodégradables. Enfin, la stratégie biologique retenue dans ce travail est la bioaugmentation qui consiste à ajouter dans le sol des bactéries capables d'améliorer l'assainissement des polluants et/ou favoriser lacroissance des plantes.Principaux objectifs: a) Étudier le potentiel de la luzerne pour la phytoremédiation des sols co-contaminés, b) Étudier les effets de l’acide organique de faible poids moléculaire acide citrique et le tensioactif Tween® 80 sur le processus de phytoremédiation et c) Étudier l’effet de la bioaugmentation avec la bactérie Pseudomonas aeruginosa sur le processus de phytoremédiation.Méthodes: Détermination des taux de germination et de mortalité, évaluation des paramètres physiologiques des plantes. Quantification de la biomasse végétale, des métaux lourds dans les plantes, hydrocarbures pétroliers totaux (HCT) dans le sol, et indicateurs microbiologiques du sol. Calcul des paramètres de phytoremediation.Résultats remarquables: La luzerne a présenté une faible tolérance aux HCT du sol à 8400 mg kg-1 de matière sèche (MS). Celle-ci qui a été améliorée lorsque les HCT étaient présents à plus faible concentration (3600 mg kg-1 MS). La luzerne a été en mesure de prendre les métaux dans une proportion limitée (