Complexité de la phytoremédiation

Sources de la contamination

Il est possible de distinguer deux catégories d’origine de la contamination du sol, soit naturelle ou anthropique. En ce qui concerne la contamination d’origine naturelle, la roche mère constitue la principale cause des teneurs élevées en métaux (Gobat et al., 2010). Puisque les éléments traces font partie intégrante de la nature, il arrive qu’à certains endroits, ils soient présents dans le sol en quantité anormalement élevée. Il existe également d’autres phénomènes naturels provoquant la contamination : les feux de forêt, le cycle biogéochimique entre le sol et les végétaux, le processus d’accumulation dans un horizon du sol, l’érosion, etc. À propos de la contamination d’origine anthropique, elle se subdivise en deux types : elle peut être soit diffuse ou ponctuelle. Dans le premier cas, elle est issue de l’infiltration des pesticides et des engrais très riches en phosphate et en cadmium, des automobiles, du chauffage domestique, etc. La concentration des polluants y est souvent plus faible, mais couvre de grandes étendues. Dans le deuxième cas, la contamination ponctuelle est localisée. Les polluants se trouvent en forte concentration sur des zones bien définies. Les industries pétrolières, d’extraction minière et de transformation (usines), les déversements et les boues de station d’épuration en sont les causes principales (Environnement Canada, 2010). Tandis que les processus naturels s’effectuent pour la plupart sur une longue période de temps (érosion, cycle biogéochimique, etc.), les sources anthropiques de contamination quant à elles surviennent dans un horizon temporel beaucoup plus court dans l’histoire de chaque sol, habituellement de l’ordre de la décennie selon Sirven (2006). C’est d’ailleurs ce type de contamination sur lequel portent les lois.

Paramètres impliqués

Un large éventail d’éléments est requis pour la croissance des plantes, et par conséquent, pour le bon fonctionnement de la phytoremédiation. Les caractéristiques du sol notamment peuvent affecter le processus. Schaff et al. (2003) affirment que les teneurs en particules fines qui composent le sol sont des variables sensibles pour les plantes et peuvent différer d’un site à l’autre. De plus, selon eux, la présence de roches et de fragments en trop grande quantité dans le substrat peut faire entrave au développement du système racinaire des végétaux. D’autres caractéristiques du terrain peuvent également contrevenir à la phytoremédiation comme une pente abrupte, la compaction du sol et la capacité de rétention d’eau du milieu. À l’inverse, certaines propriétés du sol constituent des atouts pour l’utilisation de la technologie. Un sol riche en matière organique, véhiculant une bonne proportion de sels minéraux, particulièrement en azote (N), phosphore (P) et potassium (K) contribue au bon développement des végétaux. Le pH du sol joue un rôle important en phytoremédiation, car il est responsable de la biodisponibilité des composants du milieu.

Il conditionne entre autres l’alimentation de la plante et l’accumulation des contaminants dans les tissus de la plante (Mathé-Gaspar et al., 2005). Or, les caractéristiques du sol et les propriétés du substrat sont des facteurs dynamiques constituant un système complexe puisque chaque élément agit sur l’état d’un ou de plusieurs autres (Baltrenaite et al., 2012). La plante en interaction avec son milieu est également un facteur évolutif qui contribue à la complexité de la phytoremédiation. D’abord, le transfert des contaminants ou la dégradation de ceux-ci est régi par un grand nombre de paramètres, notamment les conditions environnementales (Reimann et al., 2001). La photosynthèse mettant en relation l’énergie solaire et la plante, est un bon indicateur de l’efficacité de la technologie (Pietrini et al., 2009). Ensuite, les précipitations assurent l’apport en eau du sol et engendrent le processus d’évapotranspiration, lequel caractérise le lien entre l’eau et la plante. En absorbant l’eau du substrat, la plante se nourrit et les racines créent un environnement riche en oxygène où l’activité biologique est améliorée (Robinson et al., 2003). Ainsi, chaque élément possède sa fonction spécifique. Il existe une grande variété dans le nombre et le type de composants du système de la phytoremédiation. De plus, les liaisons entre chacun des éléments sont pour la plupart indirectes, car elles proviennent de phénomènes biologiques, climatiques, écologiques ou chimiques. Ainsi, elles évoluent dans le temps et complexifient le système, ce qui fait de la phytoremédiation une approche multidimensionnelle.

Outils d’aide à la décision existants

L’aide à la décision en termes de réhabilitation des sites contaminés fait l’objet de plusieurs études depuis les dernières années. En ce sens, des outils sont développés pour supporter les décideurs. Quelques-uns d’entre eux sont présentés ci-dessous : Guide d’orientation pour la sélection de technologies (GOST) Le gouvernement du Canada (2012) met à la disposition du public un outil en ligne pour aider les gestionnaires de sites contaminés. Pour obtenir une liste des techniques de décontamination applicables à son site, l’usager doit remplir un questionnaire avec les spécifications de son terrain. En plus de faciliter le choix de la méthode de réhabilitation, l’outil fournit de l’information pertinente orientée-objet. Chaque contaminant fait l’objet d’une fiche technique, de même que chaque méthode de décontamination. Ainsi, l’outil constitue une source d’information indispensable. Toutefois, l’outil comporte certaines limites. Il n’est pas suffisamment spécifique au site contaminé soumis et il n’est pas relié à la règlementation. De plus, comme il s’agit d’un questionnaire, l’utilisateur reçoit la liste des techniques applicables à son site sans savoir quels paramètres ont influencé ces choix. Ce faisant, l’utilisateur n’a pas conscience du contexte global de la problématique reliée à son site contaminé.

En France, l’Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie (ADEME) et le bureau de recherches géologiques et minières (BRGM) propose un outil semblable à celui du Gouvernement du Canada. Un outil d’aide à la décision, appelé « SélectDÉPOL » est disponible en ligne (ADEME et BRGM, 2013). Une recherche d’après trois questions peut être lancée afin d’obtenir une présélection des techniques applicables au site contaminé soumis. Des fiches techniques permettent aux usagers de prendre connaissance de chacune des méthodes de réhabilitation. De plus, des données comparatives indiquent les avantages et les désavantages de chaque traitement de manière à informer les utilisateurs. Il s’agit certes d’un outil pratique, mais peu spécifique aux conditions du site et non relié aux limites réglementaires. Un autre inconvénient réside dans le fait que le traitement des données sous forme de questionnaire ne permet pas d’exposer à l’utilisateur les paramètres critiques de son site.

Phytoremediation Decision Support System (Phyto-DSS) Un outil d’aide à la décision conçu exclusivement pour la phytoremédiation est créé en 2000 en Espagne. Il est développé pendant quelques années en Nouvelle-Zélande (2001 à 2004) puis en Suisse (2005 à 2007). Le Phyto-DSS est le seul outil disponible permettant d’évaluer spécifiquement une méthode de réhabilitation dite « douce » soit la phytoremédiation (Onwubuya et al., 2009). L’objectif principal du Phyto-DSS consiste à calculer les effets des variables environnementales sur la croissance de la plante et la mobilité des contaminants (Robinson et al., 2003). L’outil accompagne les décideurs dans la compréhension de la phytoremédiation en traitant plus d’une centaine de paramètres, lesquels 20 sont impliqués dans le processus de réhabilitation du sol. Ce faisant, une multitude de paramètres fait partie intégrante des calculs. Ainsi, l’outil est peu exploitable parce qu’il est difficile à paramétrer (Robinson, 2014). Par contre, le Phyto-DSS a l’avantage de calculer les coûts ainsi que les coûts des méthodes alternatives et de l’inaction.

Limites conceptuelles de l’outil Le travail fait en amont a permis de prendre connaissance des réels besoins des décideurs en termes d’évaluation des sites contaminés et d’évaluation de la phytoremédiation en tant que méthode de réhabilitation. Ce faisant, les limites conceptuelles du projet ont pu être fixées. Dans le cadre de ce projet, l’objectif est de concevoir un outil d’aide à la décision comportant une estimation du temps et une facilitation pour la planification des coûts. Le développement d’une première version de cet outil a été réalisé d’après certaines limitations présentées à la figure 2.2. Ces limitations ont façonné le développement de l’outil relativement aux conditions du Québec, à la contamination inorganique du sol au cadmium, à la phytoextraction et à l’utilisation du cultivar de saule Salix purpurea ‘Fish Creek’. Ce cas spécifique a servi à l’élaboration des calculs d’estimation de temps et à la planification des coûts. Toutefois, une vision plus large de la phytoremédiation appliquée dans la province de Québec a été conservée tout au long du projet concernant l’outil d’aide à la décision comme tel. Par exemple, la fiche du site contaminé a été conçue pour un sol présentant une contamination, soit inorganique ou organique. De plus, la fiche de la plante a été créée selon un format standard de façon à ce que ce soit possible de la remplir avec les informations pour d’autres espèces de plante. En bref, l’outil a été créé de manière flexible, notamment pour faciliter le développement des prochaines versions.

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 ÉTAT DES CONNAISSANCES
1.1 Contamination des sols au Québec
1.1.1 Origines de la contamination
1.1.2 Réglementation au Québec
1.1.3 Caractérisation des terrains
1.2 Complexité de la phytoremédiation
1.2.1 Phytoremédiation
1.2.2 Dynamique de la phytoremédiation
1.3 Outil d’aide à la décision
1.3.1 Définition
1.3.2 Outils d’aide à la décision existants
CHAPITRE 2 MÉTHODOLOGIE
2.1 Travaux effectués avec les spécialistes
2.1.1 Revue de littérature et discussion avec les experts
2.1.2 Études de cas
2.2 Conceptualisation de l’outil
2.2.1 Schéma du système dynamique de la phytoremédiation
2.2.2 Limites conceptuelles de l’outil
2.2.3 Structure de l’outil
2.2.4 Élaboration des fiches
2.3 Algorithme de calculs d’estimation du temps
2.3.1 Variables de base
2.3.2 Élaboration des calculs
2.3.3 Méthode de détermination du coefficient d’affectation
2.4 Planification des coûts
2.4.1 Étapes d’un projet de phytoextraction
2.4.2 Élaboration des calculs
2.4.3 Méthode d’évaluation de l’affectation des coûts
CHAPITRE 3 RÉSULTATS
3.1 Outil d’aide à la décision
3.2 Prévision du temps
3.2.1 Coefficients d’affectation
3.2.2 Étude de cas
3.2.3 Analyse de sensibilité
3.3 Planification des coûts
3.3.1 Paramètres d’affectation des coûts
3.3.2 Sommaire des coûts prévus
CHAPITRE 4 DISCUSSION
4.1 Contributions de la recherche
4.1.1 Aide à la décision
4.1.2 Estimation du temps
4.1.3 Planification des coûts
4.2 Limites et recommandations
4.2.1 Travail préliminaire aux prochaines versions de l’outil
4.2.2 Calculs d’estimation du temps
4.2.3 Aspect économique
CONCLUSION
ANNEXE I GRILLE DE CRITÈRES GÉNÉRIQUES POUR LES SOLS
ANNEXE II CHEMINEMENT D’UNE ÉTUDE DE CARACTÉRISATION
LISTE DE RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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