Bioaugmentation pour le traitement des sols agricoles pollués par les pesticies: efficacité et effets secondaires – EPURSOL

Le programme de recherche repose sur une preuve de concept basée sur des consortia microbiens dégradant des pesticides cultivés sous forme de biofilms à la surface de matériaux support formulés (tels que la zéolite) pour former des biocomposites. Le projet EPURSOL fera intervenir des microorganismes capables de réaliser la minéralisation complète du MCPA, 2,4-D ou du glyphosate. Ces herbicides sont parmi les plus utilisés en France et en Europe, et sont fréquemment détectés dans les sols et les ressources en eau. Ces substances actives sont des « herbicides contacts » absorbés par les mauvaises herbes après contact avec les feuilles.

Une fois dans le sol, la substance active de chacun de ces 3 herbicides foliaires n’a plus d’intérêt agronomique ; la dégradation de ces pesticides par un processus de bioaugmentation n’interfère donc pas avec leur efficacité agronomique. L’innocuité, la stabilité et l’efficacité de biocomposites introduits dans des sols dans le cadre d’un processus de bioaugmentation seront étudiées à différentes échelles (du laboratoire au champs, en incluant une plateforme de démonstration). L’efficacité de cette biotechnologie et ses effets secondaires potentiels sur les propriétés abiotiques et biotiques seront étudiées en prenant en compte le concept de coalescence. Au cours du projet, les choix techniques (matériaux porteurs, souches) seront faits avec l’objectif final d’une application à l’échelle du champ. La réalisation du projet EPURSOL est basée sur l’association de partenaires ayant des expertises complémentaires en microbiologie, biologie moléculaire, sciences des matériaux, biotechnologie, agronomie et géochimie.

A la fin du projet, les résultats attendus et les produits finaux qui seront développés sont (i) des progrès scientifiques et techniques sur la technologie de bioaugmentation et ses potentiels impacts sur le sol receveur (incluant des connaissances sur le concept de coalescence et sur le développement d’un biofilm sur une surface), (ii) des biocomposites formulés immédiatement disponibles pour les utilisateurs finaux, et (iii) un brevet sur la formulation des biocomposites et sur le protocole d’utilisation de ces biocomposites pour le traitement par bioaugmentation de soils contaminés par des pesticides.

Les résultats du projet conduiront à des évolutions techniques et opérationnelles pour le design de technologies basées sur une approche de bioaugmentation. Les évolutions suivantes seront ainsi immédiatement disponibles pour le partenaire privé du projet (GERME S.A.):
- l’utilisation de matériaux porteurs formulés, de même que les connaissances sur la formulation des matériaux porteurs (par modification de surface) pour améliorer l’attachement de la biomasse et la stabilité du biocomposite,
- la sélection de nouveaux consortia microbiens capables de réaliser la biodégradation complète (minéralisation) des pesticides étudiés dans le projet (MCPA, 2,4 D, glyphosate).
En fonction des résultats obtenus dans le projet, un brevet sur la formulation et la manière d’utiliser les biocomposites pour le traitement par bioaugmentation de sols pollués est attendu. Un produit commercial devrait être disponible pour les agriculteurs, et des sessions de formation permettront un transfert technique de la technologie vers les utilisateurs.
Enfin, outre l’utilisation de la bioaugmentation à des fins environnementales, les progrès technologiques et les connaissances acquises dans le projet auront des applications dans d’autres domaines mettant en œuvre de la biomasse fixée. Les résultats pourront ainsi être transférés vers d’autres domaines/biotechnologies : bioaugmentation pour l’amélioration de la croissance des plantes, la production agricole et l’amélioration de l’immunité des végétaux, le traitement d’eaux usées dans des réacteurs à lit fixe…

Productions scientifiques et brevets : (nombre de caractères : 0/3000)

Les résultats du projet EPURSOL ont été présentés (conférences, poster) dans les congrès suivants :
Sakineh Abbasi, Marion Devers-Lamrani, Fabrice Martin-Laurent, Caroline Michel, Nadine Rouard, Aymé Spor. Assessing the efficiency and the side-effects of atrazine-degrading biocomposites amended to contaminated soil. 3rd International meeting on new strategies in Bioremediation/Restoration processes. 29-30 juin 2023, Muttenz, Suisse.

Fatima Meite, Alain Seron, Karine Michel, Claude Le Milbeau, Mikael Motelica-Heino, Caroline Michel. Remediation of MCPA contaminated soils using bacterial biofilms on carrier materials (biocomposites): impact of carrier materials and improvements via surface modifications. 7th International Symposium on Environmental Biotechnology and Engineering (7ISEBE), Mai 2023, Marseille, France. ?hal-04053189?.
Nataliia Gorodylova, Alain Seron, Karine Michel, Catherine Joulian, Coralie Soulier, Caroline Michel. Bioaugmentation for the treatment of pesticides polluted soils: selection of carrier materials for microbial biofilm formation and inoculation in soil. 3rd International Conference on Microbial Ecotoxicology-(EcotoxicoMic 2022), Nov 2022, Montpellier, France ?hal-03778412?.

Dans la période Anthropocène actuelle, la sécurité alimentaire est un sujet majeur, de même que la préservation des ressources en eau, du sol et de la biodiversité. Dans le monde, le modèle agricole est principalement basé sur l’utilisation de pesticides qui menacent les écosystèmes aquatiques et telluriques et la qualité des eaux potables. De plus, les pesticides et leurs produits de transformation peuvent avoir des effets négatifs sur le biote et sur la santé humaine. Ces résidus représentent donc une menace majeure pour les écosystèmes naturels, les ressources en eau et la santé humaine. En l’absence d’une Directive Européenne ou nationale de protection des sols, des approches innovantes de réduction des résidus de pesticides sur site et a posteriori doivent être mises en œuvre. Ceci permettra de développer une agriculture durable garantissant la qualité de l’environnement.
La bioaugmentation pour la restauration sur site de sols contaminés par des pesticides -via l’inoculation de microorganismes possédant une activité de dégradation- est une technologie verte à bas coûts ne nécessitant pas d’excavation. Cependant, pour déployer cette approche sur le marché, plusieurs verrous scientifiques et technologiques doivent encore être levés: (i) l’amélioration du mode d’introduction des inoculants dans le sol pour préserver la viabilité et la biomasse, (ii) la sélection de l’inoculant adapté, qui exprimera l’activité souhaitée une fois dans le sol et, permettra la biodégradation complète des pesticides, et (iii) l’évaluation des effets secondaires possibles du procédé de bioaugmentation sur les propriétés (a)biotiques du sol.
Le projet EPURSOL s’inscrit ainsi dans le cadre des challenges scientifiques et techniques relatifs à la mise en œuvre de la bioaugmentation dans des sols arables pour réduire leur teneur en pesticides. Pour cela, une approche de bioaugmentation innovante est proposée, basée sur la formulation de biocomposites et prenant en compte les impacts potentiels de cette technologie sur les propriétés (a)biotiques du sol. Le projet EPURSOL repose sur une preuve de concept mettant en œuvre des biofilms microbiens comme mode d’introduction des microorganismes dans le sol. Des consortia microbiens seront sélectionnés pour leur capacité de dégradation de substances actives modèles, et utilisés en tant que biofilms sur des matériaux supports pour former des biocomposites. L’une des nouveautés est de modifier chimiquement ou physiquement la surface de matériaux supports pour délivrer des nutriments et/ou favoriser l’attachement, la croissance, la stabilité et l’activité du biofilm. Pour assurer une biodégradation complète des pesticides dans le sol, des souches pures et des consortia microbiens possédant la voie complète de dégradation du/des pesticide(s) ciblé(s) seront sélectionnés. Via un schéma expérimental allant du laboratoire au champ (lysimètres, mésocosmes), EPURSOL évaluera l’innocuité, la stabilité et l’efficacité du procédé proposé, mais aussi ses effets indirects potentiels sur les propriétés abiotiques (texture, structure, capacité de rétention de l’eau…) et biotiques (diversité microbienne, fonctions microbiennes des cycles C et N) du sol en suivant l’installation de l’inoculant dans le microbiote du sol et son impact écotoxicologique. Les choix techniques (matériaux support, souches…) et le procédé industriel de production/stockage des biocomposites seront menés en collaboration avec les utilisateurs finaux. Pour sa réalisation, EPURSOL associera des partenaires publics et privés afin de regrouper des compétences en écologie microbienne et écotoxicologie, sciences des matériaux, biogéosciences, agriculture et biotechnologie. Ce projet, en plus de proposer une approche innovante pour traiter les sols agricoles, revisitera et améliorera la stratégie classique de bioaugmentation, et fournira une avancée pour la mise en œuvre de cette technologie dans le cadre du Green Deal AgTech.