Soutenance de thèse de Till FEHLAUER

Actuellement, presque tous les éléments chimiques sont utilisés dans des applications industrielles. Les technologies de pointe requièrent un nombre important de métaux tels que les terres rares, qui possèdent des propriétés très spécifiques. Cependant, en raison d'un manque de gisements économiquement intéressants et d'un comportement environnemental méconnu, plusieurs de ces métaux dit « high-techs » suscitent des tensions géopolitiques et des préoccupations environnementales. L'objectif de cette thèse est de fournir des connaissances fondamentales sur la façon dont les plantes, indicateurs écologiques majeurs, gèrent ces contaminants environnementaux émergents. Dans un premier temps, nous avons étudié le transfert sol-plante des métaux dans un site naturel riche de divers métaux et métalloïdes. Parmi les 12 espèces de plantes alpines échantillonnées nous avons pu mettre en évidence différentes stratégies de tolérance aux métaux, ainsi que des affinités spécifiques pour certains éléments, notamment pour les terres rares chez Saxifraga paniculata. Dans un second temps, S. paniculata a été cultivée en conditions contrôlées et exposée à un sol dopé à l'yttrium (Y). Des techniques d'imagerie multi-échelle ont permis de localiser Y dans le sol, les racines et les feuilles. Les analyses des colocalisations indiquent que les mécanismes d’absorption et de transport de Y semblent similaires à ceux de Al, Fe et Ce. Le comportement de Y diffère cependant au niveau des hydathodes, orifices situés à la surface des feuilles qui servent à réguler la pression racinaire via la sécrétion de fluide. Il apparait que ce processus, appelé guttation, entraine une biomineralisation de Y avec une modification de sa spéciation. Cette recherche améliore l'évaluation de l'impact écologique de contaminants émergents et ouvre la voie à de nouvelles techniques d'extraction et de phytoremédiation.

Today, almost every existing chemical element has technological applications. The fast-growing high-tech industry requires a large set of metals with very specific properties, such as rare earth elements (REEs), which are ubiquitous in modern technology. However, due to a lack of economically attractive deposits and unknown environmental behaviour, many of these high-tech metals give rise to geopolitical tensions and environmental concerns. The aim of this work is to provide fundamental knowledge on how plants, a major indicator of ecological health, manage these emerging environmental contaminants. First, we performed a large-scale screening of a plant community naturally exposed to a cocktail of metals and metalloids to identify individual uptake patterns. Multiple plant species with particular uptake patterns were identified, among which the affinity for REEs of Saxifraga paniculata stood out. Secondly, S. paniculata was cultivated under controlled conditions and exposed to a soil doped with the REE yttrium (Y). Multiscale imaging techniques enabled to localize Y in the soil, the roots and the leaves. The results indicated a shared uptake pathway with Al, Fe and Ce. An exception to this consistent colocalization was the hydathodes, which are openings located on the leaf surface that regulate root pressure via fluid secretion. A close analysis of this guttation process revealed, biomineralization of Y inside the hydathodes accompanied by a speciation change. This research improves the assessment of the environmental fate of high-tech elements and paves the way for new plant-based extraction and remediation techniques.