Combining phytoremediation potential of Lemna gibba with biochar adsorption technology for cadmium, nickel and lead removal from wastewater

L'eau est le sang vital de notre planète, mais elle est de plus en plus chargée de toxines invisibles. Parmi les plus dangereuses figurent les métaux lourds comme le cadmium, le nickel et le plomb. Ces éléments ne se décomposent pas et ne disparaissent pas ; au contraire, ils persistent dans l'environnement, s'accumulant dans le sol et l'eau jusqu'à atteindre des niveaux qui nuisent aux écosystèmes et à la santé humaine. Ils pénètrent dans nos rivières et nos zones humides par les déchets industriels, l'activité minière et le ruissellement agricole, posant des risques graves tels que des maladies rénales et des troubles neurologiques. Comme ces métaux sont si tenaces, leur nettoyage est difficile. Les méthodes traditionnelles reposent souvent sur des produits chimiques coûteux ou des machines gourmandes en énergie que de nombreuses régions en développement ne peuvent pas s'offrir. Cela a poussé les scientifiques à se tourner vers la nature pour trouver des réponses, plus précisément vers la capacité des plantes vivantes à absorber les polluants et le potentiel de transformer ces plantes en matériaux capables de piéger les toxines.

Dans une étude récente, des chercheurs en Malaisie et en Irak ont exploré une stratégie en deux parties pour s'attaquer à ce problème en utilisant une petite plante aquatique flottante connue sous le nom de lentille d'eau, plus précisément l'espèce Lemna gibba. Cette plante est commune dans les cours d'eau locaux et se développe rapidement, ce qui en fait un candidat prometteur pour le nettoyage de l'eau. L'équipe a étudié une double approche : premièrement, ils ont testé l'efficacité de la plante vivante pour éliminer le cadmium, le nickel et le plomb de l'eau contaminée. Deuxièmement, ils ont pris cette même plante après qu'elle a accompli sa tâche, l'ont séchée et l'ont chauffée dans un environnement contrôlé sans oxygène pour créer une substance semblable à du charbon appelée biochar. Ils ont ensuite testé ce biochar pour voir s'il pouvait agir comme une éponge puissante pour absorber les métaux. L'objectif était de voir si l'utilisation de la plante deux fois — une fois vivante et une fois sous forme de matériau transformé — pouvait offrir une méthode à faible coût et durable pour purifier les eaux usées.

Les chercheurs ont commencé par créer des eaux usées artificielles en laboratoire, mélangeant de l'eau avec des quantités précises de cadmium, de nickel et de plomb à des concentrations allant de 0,5 à 5,0 milligrammes par litre. Ils ont placé 30 grammes de lentilles d'eau vivantes dans des récipients contenant trois litres de cette eau polluée et ont observé ce qui se passait pendant quinze jours. Ils ont mesuré les niveaux de métaux quotidiennement pour suivre la quantité absorbée par la plante. Les résultats furent frappants. La lentille d'eau vivante s'est révélée très efficace, éliminant la quasi-totalité du plomb et du cadmium de l'eau, même à des concentrations élevées. Le nickel a également été éliminé efficacement, bien qu'un peu moins que les deux autres métaux. Le processus a été rapide au début, la plante absorbant la majorité des toxines au cours des dix premiers jours, avant de ralentir lorsqu'elle atteignait sa limite. Cependant, l'étude a noté que les métaux lourds ont pesé sur la plante ; à la fin de l'expérience, les feuilles étaient devenues jaunes, un signe de stress causé par l'environnement toxique.

Bien que la plante vivante ait bien fonctionné, les chercheurs voulaient savoir si la plante pouvait faire encore plus après la fin de son cycle de vie. Ils ont pris la lentille d'eau, l'ont séchée et l'ont chauffée pour créer du biochar, un processus qui a produit environ 44,5 % de charbon à partir de la matière végétale d'origine. Lorsqu'ils ont examiné ce nouveau matériau au microscope, ils ont constaté qu'il était devenu hautement poreux, rempli de minuscules trous et de canaux qui offraient une vaste surface pour piéger les métaux. Ils ont ensuite placé ce biochar dans de nouveaux lots d'eau contaminée pour voir comment il adsorbait les toxines. Le biochar a obtenu des performances exceptionnelles, purifiant souvent l'eau de ses métaux plus efficacement que la plante vivante, bien que la vitesse varie selon le métal et la concentration. Alors que la plante vivante nécessitait jusqu'à 15 jours pour atteindre l'élimination maximale, le biochar atteignait l'équilibre en 12 à 48 heures, certaines concentrations atteignant l'élimination totale en un seul jour. Le biochar a montré une force particulière pour saisir le plomb, suivi du cadmium et ensuite du nickel, probablement en raison des propriétés chimiques spécifiques de la surface du charbon.

L'étude conclut que la combinaison de ces deux méthodes offre une solution circulaire puissante pour le traitement de l'eau. La plante vivante peut être utilisée pour nettoyer de grands volumes d'eau au fil du temps, et une fois qu'elle a rempli son rôle, elle peut être convertie en un matériau filtrant hautement efficace pour polir davantage l'eau ou traiter de nouveaux lots. Cette approche transforme un déchet en une ressource précieuse, maximisant l'utilité de la biomasse. Les chercheurs ont constaté que si la plante vivante est excellente pour un nettoyage lent et à grande échelle, le biochar est supérieur pour une élimination rapide et à haute efficacité. En utilisant la même plante pour ces deux rôles, la méthode minimise les déchets et fournit une stratégie rentable qui pourrait être particulièrement utile dans les régions où la pollution industrielle est élevée mais où les infrastructures de traitement avancées font défaut. Ce double usage des propres matériaux de la nature suggère une voie vers une eau plus propre qui soit à la fois respectueuse de l'environnement et économiquement réalisable.