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Julien Laurette

Rôle de la spéciation de l'uranium sur sa bioaccumulation, son transport et sa toxicité dans les plantes. Application à la phytoremédiation

Publié le 15 mars 2011


Thèse soutenue le 15 mars 2011 pour obtenir le grade de Docteur délivré par L’Institut des Sciences et Industries du Vivant et de l’Environnement (AgroParisTech). Spécialité : Biologie Végétale

Résumé :
L’uranium, toxique chimique et radiologique, est retrouvé naturellement dans l’environnement à l’état de trace. L’accumulation des métaux et leur distribution dans les plantes est modulée par leur spéciation. Le but de cette thèse a donc été d’étudier l’accumulation, la répartition intra planta et la toxicité de l’uranium en réponse à sa spéciation en solution. Les connaissances acquises pourront être appliquées dans les processus de phytoremédiation.

Nous avons exposé trois espèces végétales (le tournesol, le colza et le blé) dans une gamme de milieux hydroponiques contenant une ou deux formes chimiques prédominantes de l’uranium. Après exposition dans ces milieux contaminés, nous avons évalué les contenus en uranium dans les organes des plantes par ICP-MS. Afin de visualiser la répartition et la localisation de l’uranium à l’échelle de l’organe/tissu et à l’échelle cellulaire, nous avons mis en œuvre quatre techniques d’imagerie complémentaires. La répartition de l’uranium au sein des fractions solubles et membranaires des racines et parties aériennes a été évaluée après fractionnement et séparation sur colonne de chromatographie. En parallèle, la spéciation de l’uranium dans les milieux d’exposition et les plantes a été déterminée par spectroscopie d’absorption des rayons X. Finalement les effets toxiques de l’uranium sur la croissance et le métabolisme ont été évalués.

Nos résultats ont mis en évidence trois schémas d’accumulation en fonction de la spéciation de l’uranium dans le milieu d’exposition : lors d’une exposition à l’ion uranyle, l’accumulation racinaire est forte, mais le transfert aux parties aériennes est limité. L’uranium est immobilisé car adsorbé à la surface des racines ou précipités dans les parois cellulaires des cellules, associé au phosphore et au calcium. Nous suggérons également la présence de protéines capables de lier l’uranium. Lorsque l’uranium est complexé au phosphate, l’accumulation racinaire est considérablement réduite, et la translocation devient négligeable. L’uranium est précipité de la même manière que précédemment. En revanche, la complexation au citrate ou au carbonate réduit l’accumulation racinaire mais augmente fortement la translocation. Si quelques précipités de phosphate d’uranyle sont toujours retrouvés dans les racines et les parties aériennes, une proportion importante de l’uranium est associée avec des groupes carboxyles, fraction qui pourrait être la forme chimique de l’uranium transloquée des racines vers les parties aériennes. Enfin, nous avons constaté des différences entre espèces au niveau de l’accumulation et de la translocation.

Jury :
Rapporteur : Pr David Macherel
Rapporteur : Dr Richard Ortega
Examinateur : Pr Sylvain Chaillou
Examinateur : Dr Laureline Février
Directeur de thèse : Dr Jacques Bourguignon
Encadrante : Dr Marie Carrière

Mots-clés :
Uranium, spéciation, transfert, phytoremédiation