Evaluation de la durabilité des amendements organiques et calcaires sur le procédé de phytostabilisation de GCM/Penga Penga dix ans après

RESUME

Le présent travail avait pour objectif d'évaluer la durabilité des amendements organiques et calcaires sur la performance de Microchloa altera dans le dispositif de phytostabilisation de GCM/Penga Penga dix ans après son installation.

Pour y parvenir, des échantillons des sols ont été prélevés pour l'analyse du pH. Et sur les individus de M. altera certaines mesures ont été effectuées, il s'agit de : nombre d'individus par parcelle, diamètre des touffes, la longueur des feuilles, le nombre de hampes et le nombre d'épis.

Il ressort de cette étude que les différents amendements calcaires n'ont plus exercée une influence significative sur le pH du sol. Néanmoins, une différence significative a été observée entre les blocs. Des résultats relatifs au nombre d'individus montrent que ni le calcaire, ni le compost, ni même leur interaction n'a exercé une influence sur le nombre d'individus par parcelle dans une période de dix ans, toutefois les tendances en hausse du nombre d'individus ont été observées dans les parcelles à faibles doses de calcaire ou sans calcaire. Le diamètre des touffes ainsi que la longueur des feuilles ont varié en fonction des blocs en montrant des différences statistiques significatives après analyse de la variance. L'effet blocs, calcaire, compost ainsi que leurs combinaisons n'ont pas montré des différences significatives sur le nombre de hampes et le nombre d'épis sur l'ensemble du dispositif. Par ailleurs, le diamètre des touffes ainsi que le nombre d'épis ont augmenté selon la comparaison des valeurs de 2009 à celles de 2019. Une corrélation négative a été observée entre le diamètre et le nombre d'individus. Ces résultats confirment le succès de M. altera pour les travaux de phytostabilisation des sols pollués de la région de l'arc cuprifère Katangais.

Mots clés : Durabilité, Amendements, Solspollués, Phytostabilisation, ETM, Penga-Penga,

ABSTRACT

Evaluation of the durability of organic and limestone amendments on the GCM / Penga-Penga phytostabilization design of M. altera ten years later installation

The aim of the present study was to evaluate the durability of organic and limestone amendments on the performance of Microchloa altera in the GCM/Penga-Penga phytostabilization device ten years later.

To achieve soil samples were taken for soil pH analysis in the experiment, several measurements were made on M. altera including: the number of individuals, the diameter of the tufts, length of leaves, the number of stalks and the number of spikes.

It appears from this study that the different limestone amendments no longer exert a significant influence on soil pH. Nevertheless, a significant difference was observed between the blocks. Results on the number of individuals show that neither limestone nor compost nor even their interaction influenced the number of individuals per plot over a 10-year period, but the increasing trends in numbers of individuals were observed in plots with low doses of limestone or without limestone. Tuft diameter and leaf length varied by block with significant statistical differences after analysis of variance. The effect of blocks, limestone, compost and their combinations did not show significant differences in the number of stems and the number of spikes on the entire device. In addition, the diameter of the clumps and the number of ears increased according to the comparison of the values ??of 2009 to those of 2019. A negative correlation was observed between the diameter and the number of individuals. This results confirm the success of using M. altera for the phytostabilization works in the polluted soils of the copperbelt region.

Key words: durability, amendments, pollueted soil, phytostabilisation, ETM, Penga-Penga, Lubumbashi

Table des matières

Epigraphe iii

Dédicace iv

Remerciements v

RESUME vi

Chapitre 1. Revue de la littérature 3

1.1. Impact des activités minières sur l'environnement du Haut-Katanga 3

1.2. Activités minières et environnement dans le Haut-Katanga 3

1.2.1. Historique de l'exploitation minière et impact sur l'environnement de Lubumbashi 4

1.2.2. Exposition humaine face à la toxicité des métaux lourds 5

1.3. Mécanismes de réhabilitation des sols contaminés en métaux lourds 6

1.3.1. Phytoextraction 6

1.3.2. Rhizofiltration 7

1.3.3. Phytostabilisation 7

1.4. Processus de Phytostabilisation 7

1.5. Flore cupricoles Katangais : source des plantes pour la phytoremédiation 8

1.5.1. Description 8

1.5.2. Cas de Phytostabilisation appliquées aux milieux pollués 12

Chapitre 2. Milieu, matériel et méthode 13

2.1. Présentation du site d'étude 13

2.2. Matériel et Méthode 16

2.2.1. Matériel végétale 16

2.2.2. Dispositif expérimental 16

2.2.3. Amendements utilisés 17

2.2.4. Paramètres mesurés sur les plantes 17

2.2.6. Traitement des données 17

Chapitre 3. Résultats 18

3.1. Influences des doses d'amendements sur le pH du sol dans le dispositif de phytostabilisation de Penga Penga 18

3.2. Nombre d'individus par parcelle amendée 20

3.3. Evolution des individus de M. altera de 2009 à 2019 en rapport avec les différentes doses et types d'amendements 22

3.4. Croissance et reproduction de M. altera 23

3.4.1. Variation du diamètre des touffes de M. altera entre 2009 et 2019. 24

3.4.2. Evolution du Nombre d'épis de M. altera entre 2009 et 2019. 24

3.5. Corrélation entre les composantes de la valeur sélective 25

3.5.1. Corrélation entre le nombre d'individus, le diamètre, la longueur de la feuille et le nombre de hampes. 25

3.5.2. Corrélation du nombre d'individus en fonction du diamètre. 26

3.5.3. Corrélation du Nombre de hampes en fonction du nombre d'épis de M. altera 27

Chapitre 4. Discussion 28

4.1. Influences des traitements sur le pH 28

4.2. Evolution du Nombre d'individus de M. altera entre 2009 et 2019 28

4.3. Performance et comportement de M. altera 29

4.4. Corrélation entre le nombre d'individus, le diamètre, la longueur de la feuille et le nombre de hampes 29

4.4.1. Corrélation du nombre d'individus en fonction du diamètre. 29

4.4.2. Corrélation du Nombre de hampes en fonction du nombre d'épis. 29

Conclusion 30

Références bibliographiques 31

Liste des figures

Figure 1. L'arc cuprifère Katangais en fond brunâtre (Shutcha, 2010) 3

Figure 2. Origine de la flore cupricole Katangaise (Malaisse, 1983) 9

Figure 3. Les 7 espèces candidates à la phytostabilisation en image (Boisson et al., 2015) 11

Figure 4. Localisation du site d'étude Gécamines/Penga-penga 13

Figure 5. Plan de l'implantation dispositif expérimental de GCM/Penga Penga 15

Figure 6. Etat actuel du dispositif expérimental de Penga Penga (les blocs en rouge sont vides et les verts occupés par M. altera) 16

Figure 7. Variation du pH du sol entre 2009 et 2019 20

Figure 8. Moyennes du nombre d'individus M. altera par parcelle en fonction des doses d'amendements 21

Figure 9. Nombre d'individus de M. altera par parcelle en fonction des doses d'amendements (t. ha-1) par rapport à l'analyse de la variance 21

Figure 10. Evolution des individus de l'espèce de M. altera depuis 2009 en rapport aux différents amendements. 22

Figure 11. Diamètre de touffes en fonction des amendements 24

Figure 12. Evolution du nombre d'épis de 2009 à 2019 25

Figure 13. Nombre d'individus en fonction du diamètre des touffes de M. altera 26

Figure 14. Nombre de hampes en fonction du nombre d'épis 27

Liste des tableaux

Tableau 1. Critères évalués sur les sept espèces de Poaceae, utiles pour la phytostabilisation, y compris leurs effets écologiques et leurs distribution le long des gradients du cuivre et de cobalt 3

Tableau 2. PH, matière organique totale et concentrations en éléments totaux (extraction avec HCl + HClO4 + HF) dans le sol du dispositif expérimental et le compost issu du lac Kipopo de Lubumbashi 14

Tableau 3. Influence des doses d'amendements sur le pH du sol 19

Tableau 4: Moyenne #177; écart-types de quatre variables de reproductions et de croissance dans les parcelles de phytostabilisation de Penga Penga. (Diam : diamètre, LF : longueur de feuilles, NH : nombre de hampes, NE : nombre d'épis) 23

Tableau 5. Corrélation entre le nombre d'individus, le diamètre, la longueur de la feuille et le nombre de hampes 26

INTRODUCTION

L'expansion économique de la ville de Lubumbashi est basée sur l'exploitation minière de son sous-sol, riche en cuivre et cobalt qui connaissent encore actuellement un afflux d'activités impressionnant dans tout le Haut-Katanga. Les industries d'extraction de minerais sont nombreuses et la densité de la population est en constante augmentation (Kaniki, 2008). Malheureusement, dans diverses usines pyro et hydro-métallurgiques l'extraction du cuivre et du cobalt s'est accompagné de rejets de sous-produits riches en zinc, plomb, arsenic, cadmium ou encore de composés soufrés (Bruneau, 1983 ; Kaniki, 2008). Ces rejets ont un effet néfaste sur l'environnement : l'air, l'eau, le sol accumulent des contaminants, leurs propriétés et fonctionnement sont perturbés et des troubles néfastes sur les êtres vivants et leur environnement sont constatés (Banza et al., 2009).

Il a été recensé neuf de types de perturbations engendrées par l'exploitation minière dans l'hinterland minier du Haut-Katanga, notamment les sites métallurgiques précoloniaux, les tranchées de prospection, les mines à ciel ouvert, les bassins de décantation, les déblais de stériles, les sites de lavages des roches excavées, les ballasts des voies ferrées, les accotements de routes, les émissions de dépôts poussiéreux aériens résultant des activités industrielles (Leteinturier et al., 1999 ; Baker & Malaisse, 1999).

Dans la région de Lubumbashi en particulier, il a été démontré que les émissions de SO₂ par la cheminée du four de l'usine d'extraction et de transformation du cuivre de la Gécamines étaient responsables de pluies acides (Mbenza et al., 1989), néfaste pour les êtres vivants en particulier les humains. En outre, il a été constaté que le secteur situé sous les vents alizés du Sud-Est présente des sols enrichis en cuivre, et autres métaux lourds, par les retombées de poussières métallifères émanant de l'usine depuis plus d'un demi-siècle.

Cette situation a favorisé le remplacement de la forêt claire originelle de Miombo, par une steppe courte au sein de laquelle on retrouve beaucoup d'espèces de la flore cupricole (Malaisse, 1997)ainsi que de vastes zones de sol dénudé(Munyemba, 2010). Ces espèces constituent une ressource biologique très remarquable suite à leurs aptitudes à tolérer des concentrations extrêmement élevées en métaux lourds (Chipeng et al., 2010). Sur le plan environnemental, les espèces de la flore métallicole sont très capitale pour la phytoremédiation des sols contaminés (Shutcha et al., 2015).

Par ailleurs, le sol resté nu devient l'objet d'une érosion hydrique et éolienne soutenue. A cela s'ajoute une pression anthropique croissante accentuant le phénomène d'érosion et le risque de transfert des ETM dans la chaîne alimentaire. Ces sols contaminés présentent un risque de toxicité pour les êtres vivants et l'homme en particulier à travers la chaîne alimentaire. Elle entrave la croissance et la santé de l'homme en particulier les plus jeunes. En conséquence, la mise en place de cultures y est ardue voire impossible, selon le degré de pollution, mais aussi risquée de par l'accumulation des contaminants dans le végétal et son transfert dans la chaîne alimentaire (Mench & Baize, 2004 ; Bourrelier & Berthelin, 1998).

Ainsi donc, face au constat de dégradation des écosystèmes particulièrement flagrant, de la contamination des humains et au déclin de la biodiversité dans la région de Lubumbashi, un essai de phytostabilisation a été mis en place dans le cône de contamination en métaux lourds de Lubumbashi au quartier GCM/Penga Penga en 2009. Le présent travailavait pour objectif générald'évaluer la durabilité des amendements organiques et calcaires sur la performance de M.altera dans le dispositif dix ans après. Pour y parvenir des objectifs spécifiques fixés pour ce travail sont ceux : (i) d'évaluer l'effet d'apport combinés d'amendements calcaires et organiques sur la croissance de M.altera ; (ii) évaluer la performance sur la croissance et la productivité de M. altera dix ans après son installation (de 2009 à 2019).Ainsi les hypothèses assignées à ce travail sont ceux de savoir si dix ans après (i) les amendements apportés continueraient à influencer la performance de M. altera(ii) la performance en terme de croissance et productivité de M. altera, la meilleure espèce pour la phytostabilation dans l'arc cuprifère, pourrait s'améliorer dans le temps.

Hormis l'introduction et la conclusion, ce travail se subdivise en quatre chapitres. Le premier parle de la revue de la littérature ; le second du milieu, matériel et méthodes. Le troisième chapitre quant à lui présente les résultats obtenus et que ceux-ci sont discutés dans le quatrième chapitre.