par Verhoest, Louise 
Président du jury Meerts, Pierre
Promoteur Noret, Nausicaa
Co-Promoteur Drouet, Thomas
Publication Non publié, 2026-01-29
Président du jury Meerts, Pierre
Promoteur Noret, Nausicaa
Co-Promoteur Drouet, Thomas
Publication Non publié, 2026-01-29
Thèse de doctorat
| Résumé : | La contamination des sols par les éléments traces métalliques (ETM), notamment le cadmium (Cd), est un enjeu mondial car elle affecte la sécurité sanitaire des aliments et donc la santé humaine. Alors que l’exposition alimentaire aux ETM est une préoccupation croissante, il devient urgent de garantir une production agricole et maraîchère exempte de contamination. Parmi les options de remédiation des sols contaminés au Cd, la phytoextraction avec la plante hyperaccumulatrice de Cd et de zinc (Zn) Noccaea caerulescens représente une approche prometteuse pour appauvrir les pools d’ETM biodisponibles du sol et donc pour réduire la contamination des végétaux cultivés. En outre, les seuils réglementaires de contamination des sols devraient permettre d’identifier clairement ceux qui mènent à la production d’aliments contaminés en ETM, ce qui n’est pas le cas aujourd’hui. Trois études complémentaires ont ainsi abordé ces thématiques, intégrant des approches expérimentales, de terrain et réglementaires. Les résultats du Chapitre 1 ont montré que, en pots sur sols contaminés, N. caerulescens diminue l’absorption de Cd et de Zn par les roquettes cultivées ensuite. Cependant, cet effet dépend du type de sol. Dans l’essai en champ du Chapitre 2, une saison de phytoextraction a permis de réduire les pools biodisponibles en Cd, et dès lors les concentrations en Cd des légumes cultivés ensuite (-30 à -55 %). De manière inattendue, les racines de N. caerulescens présentaient des concentrations en Cd supérieures aux parties aériennes. Nous avons montré qu’en plus de la récolte des parties aériennes, celle de fragments de racines permettait d’améliorer l’efficacité de la phytoextraction de 10%. Cette amélioration reste toutefois modérée et dépend du coût de la mise en application. Dans l’ensemble des expériences, les légumes cultivés sur des sols en dessous des limites réglementaires dépassaient fréquemment les niveaux maximaux autorisés dans les aliments. Le Chapitre 3 a ainsi évalué la pertinence des seuils européens de contamination des sols en utilisant l’épinard comme biomoniteur sur différents sols, en comparant les concentrations dans les plantes aux seuils réglementaires. Des incohérences entre les seuils applicables aux sols et ceux applicables aux aliments sont apparues, les limites réglementaires des sols prédisaient en général mal les contaminations en ETM des épinards. Ce sont les extractants chélatants-salins qui présentaient les meilleures corrélations avec les concentrations dans les végétaux. Dans l’ensemble, ce travail démontre que la phytoextraction par N. caerulescens peut constituer un outil de remédiation écologique et efficace pour des sols cultivés modérément contaminés. Cependant, il est encore nécessaire d’optimiser son implémentation dans les systèmes agricoles ou maraîchers, ainsi que la gestion de la biomasse et le suivi des concentrations dans le sol et les cultures. Dans une optique de protection de la santé des consommateur.trice.s, nos résultats soulignent également la nécessité d’adopter des réglementations spécifiques aux systèmes sol-culture, fondées sur la notion de biodisponibilité. En effet, une approche reposant uniquement sur des seuils de sol n’est pas suffisante pour assurer la sécurité alimentaire dans l’ensemble des contextes agricoles. |
| Soil contamination by trace metals (TMs), particularly cadmium (Cd), is a global issue affecting food safety and thus human health. As dietary TM exposure remains a growing concern, ensuring the safe production of food crops has become an urgent challenge. Among the remediation options for Cd-contaminated soils, phytoextraction using the Cd and zinc (Zn) hyperaccumulator Noccaea caerulescens is a promising approach to deplete the bioavailable TM pools that drive crop uptake. In parallel, regulatory soil limits should clearly distinguish soils that can safely produce food from those that cannot, yet current limits often fail to do so.This thesis explored these topics through three complementary studies combining experimental, field, and regulatory approaches. Chapter 1 showed, under pot conditions on contaminated soils, decreased transfers of Cd and Zn in rocket crops after phytoextraction with N. caerulescens, although the effect was soil-dependent. In the field trial of Chapter 2, one season of phytoextraction lowered the bioavailable Cd pools and, consequently, reduced Cd concentrations in vegetables grown afterward by 30-55%. We further showed that, unexpectedly, Cd concentrations were higher in roots than in shoots. Harvesting the potentially harvestable root biomass under field conditions increased net Cd removal by approximately 10% compared to shoot harvest alone, indicating that root management can moderately enhance phytoextraction efficiency, depending on operational constraints. Across all experiments, vegetables grown on soils below regulatory limits often exceeded food safety limits. These inconsistencies were further studied in Chapter 3. The relevance of European soil contamination limits was assessed using spinach as a biomonitor grown on different soils, by comparing plant concentrations with regulatory limits and various chemical extractants. Current soil limits generally proved to be poor predictors of spinach TM contamination. Chelating-saline extractants showed the best correlations with plant TM concentrations. Overall, this work demonstrates that N. caerulescens phytoextraction can serve as an ecological and effective remediation tool for moderately contaminated, food-producing soils – provided that its implementation, biomass management, and monitoring are optimized. More broadly, our results highlight the urgent need for soil regulations tailored to specific soil–crop systems and grounded in the concept of bioavailability to better protect consumer health, as soil-threshold-based approaches alone cannot reliably ensure food safety across all food-producing soils. |
