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Les plantes : des « micro-mines » pour l’extraction des métaux

Certaines plantes sont capables d'extraire les métaux du sol. Une installation pilote est en place en Lorraine pour récupérer du nickel à partir de plantes hyperaccumulatrices cultivées en Albanie. Le procédé d'extraction fait l'objet d'un brevet international.

Alyssum murale, hyperaccumulator plant of  nickel  Albania.. © INRA
Par Pascale Mollier
Mis à jour le 07/06/2013
Publié le 02/05/2013

Des plantes extractrices de minerai ? C’est ce qu’on appelle la « phytomine » : il s’agit de plantes particulières, qui poussent sur des terrains riches en métaux et qui ont la faculté de les absorber à des taux mille fois supérieurs aux plantes normales. Ces plantes sont capables d’extraire des métaux présents même en très faible quantité dans le sol, là où les procédés miniers classiques sont inefficaces, et en plus, de manière beaucoup moins brutale pour le sol et le milieu en général.

Interview de Jean-Louis Morel, de l’UMR Sols et environnement de Nancy.

 En quoi consiste la phytomine ?

J-L. Morel : En fait, nous préférons utiliser le terme d’ « agromine », plus complet que celui de phytomine. En effet, il faut bien comprendre que ces mines d’un nouveau genre ne se limitent pas à la plante, mais englobent tout l’agrosystème sol-plante-minerai, qui conditionne l’extraction par la plante, ainsi que le procédé de récupération du métal accumulé dans la plante, qui est tout aussi important. 

Notre projet le plus avancé concerne le nickel. Nous avons mis au point avec plusieurs partenaires (1) un procédé original de récupération du nickel à partir des plantes, basé sur l'hydrométallurgie. Ce procédé fait l’objet d’un brevet international. Il permet d’obtenir un sel de nickel à haute valeur économique (2). En ce moment, l'installation pilote, basée à Nancy, traite une tonne de biomasse en provenance d’Albanie, où nous avons mené des essais de culture pendant cinq ans, sur des sols naturellement riches en nickel. Nous implantons cette année des cultures extractrices en France, à Homécourt (3), sur des sols contaminés et des déchets industriels.

 Pourquoi en Albanie ?

J-L. M. : L’histoire a commencé en 1988 avec la visite de deux étudiants albanais, arrivés en France avant la chute de la dictature. En Albanie, il existe des sols dits « ultramafiques » qui contiennent naturellement cent fois plus de nickel que des sols normaux, et sont par ailleurs riches en fer, cobalt, magnésium... A la suite de cette première collaboration, nous avons conduit deux thèses, qui ont permis d’étudier les plantes hyperaccumulatrices de nickel, puis de mettre en place des essais de cultures. La plante choisie, Alyssum murale, pousse communément sur ces terrains en Albanie. Elle accumule jusqu’à 100 kg de nickel par hectare, et cela avec une conduite agronomique assez classique et des quantités de fertilisants compatibles avec les pratiques locales. Cette culture intéresse d’ailleurs fortement les agriculteurs albanais, qui se sont retrouvés propriétaires de petits terrains ultramafiques, peu fertiles pour les cultures, au lendemain de la redistribution des terres qui a suivi la chute de la dictature. Vivant plus de tourisme que d’agriculture, ces exploitants pourront se regrouper pour exploiter le nickel et valoriser enfin leur terre. Mais évidemment, toute la filière d’exploitation est à construire.

 Quelles applications en France ?

J-L. M. : Le système pilote va être étudié sous toutes ses coutures : rentabilité économique – une étude de marché est en cours - mais aussi effets environnementaux. Une analyse de cycle de vie (ACV) est prévue dans le cadre du projet « Agronick » (Agro-comme agromine et nick-comme nickel), déposé auprès de l’ANR en 2013. En France, les sols ultramafiques ne sont pas très nombreux, mis à part de petites surfaces, comme dans les Vosges, ou sur de plus larges étendues montagneuses, comme en Corse. L’extraction du nickel visera plutôt à valoriser des terrains contaminés par les activités industrielles. On fera ainsi d’une pierre deux coups : détoxifier des sols et produire du nickel. Un gros projet, appelé LORVER, financé par la Région Lorraine, a été lancé en 2012 pour valoriser ce qu’on appelle les « délaissés » : friches, sols contaminés, boues, déchets, etc. Les plantes ayant extrait des métaux, nickel mais aussi cadmium, seront valorisées en tant qu’agromine, si l’on dispose, comme dans le cas du nickel, d’un procédé d’extraction compétitif. D’autres plantes seront testées pour leur intérêt dans la production de fibres ou d’énergie. Ainsi, les friches industrielles n'apparaîtront plus comme un handicap, mais comme une ressource.

 Quelles perspectives ?

J-L. M. : Des perspectives s’ouvrent pour l’exploitation d’autres métaux, en particulier des éléments à très forte valeur ajoutée, utilisés dans les nouvelles technologies (lithium, indium, néodyme, …), dont les réserves mondiales sont concentrées à 90 % en Chine. Ces métaux stratégiques sont au cœur du Labex « Ressources 21 » dont nous faisons partie.

Tout aussi prospectifs, des essais d’extraction de l’or par les plantes avaient été conduits il y a une vingtaine d’années. Mais l’or ne se laisse pas si facilement capter et les produits chimiques qu’il fallait rajouter dans le sol pour le rendre plus soluble rendaient le procédé peu attractif. De nombreux défis sont donc lancés, et le potentiel de l’agromine est considérable !

(1)  Le projet associe un ensemble de partenaires : pour la France : LSE (INRA-UL), LRGP (CNRS-UL), LEM (CNRS-UL) ; pour l’Albanie : Université Agricole de Tirana ; pour le Canada : INRS-ETE.

(2)  Le nickel produit des alliages solides, largement utilisés pour l’équipement et l’aéronautique. Le nickel sert aussi pour la fabrication de monnaie, d’électrodes, de piles, de batteries…Les sels de nickel sont utilisés pour le traitement de surface.

(3)  Sur la station expérimentale du GISFI (Groupement d'Intérêt Scientifique sur les Friches Industrielles), http://www.gisfi.fr

Références

- Bani A., Echevarria G., Sulce S., Morel J.L., Mullai A. 2007. In-situ phytoextraction of Ni by a native population of Alyssum murale on an ultramafic site (Albania). Plant & Soil, 293:79-89.

- Barbaroux R., Plasari E., Mercier G., Simonnot M.O., Morel J.L., Blais J.F., 2012. A new process for nickel ammonium disulfate production from ash of the hyperaccumulating plant Alyssum murale. The Science of the Total Environment, 423:111–119.

- Brevet : Production d’un sel cristallisé de nickel à partir de plantes hyper-accumulatrices – Canada n°2.731.457 le 4 février 2011 – N/Réf : 00 5199-0025. Inventors: Mercier G., Barbaroux R., Plasari E., Blais J.F., Simonnot M.O., Morel J.L. Demande internationale déposée le 6/2/2012, PCT/CA2012/050059, INRS-ETE, Université de Lorraine, INRA, CNRS.

Des plantes peu sociables...

Il semble que la phytoextraction confère un avantage sélectif aux plantes qui la pratiquent, en faisant le vide autour d’elles : les sols riches en métaux sur lesquels elles se sont adaptées sont inhospitaliers pour les autres espèces.

La phytoextraction n’est qu’une facette de la phytoremédiation qui comporte aussi :

- la phytostabilisation, qui consiste à limiter la diffusion de métaux lourds dans les eaux ou par érosion des terres contaminées (fétuque rouge, peuplier, etc).

- la phytodégradation, qui concerne les polluants organiques résistants à la dégradation naturelle : hydrocarbures aromatiques polycycliques, solvants chlorés,… La luzerne, grâce à son système racinaire très développé, et surtout grâce à ses bactéries symbiotiques, est particulièrement efficace.

- la phytovolatilisation, qui concerne certains polluants organiques de faible masse moléculaire (trichloroéthylène) ou certains minéraux (sélénium). Ils passent dans la sève des plantes, puis sont évacués dans l’atmosphère au niveau des feuilles.