Phyt'air - Définition

Le Programme Phyt'air

Il est en cours de développement depuis 2001 par deux laboratoires de recherche (du CSTB de Nantes, et de la Faculté de pharmacie de Lille).
Il est co-financé par les délégations régionales Nord/Pas-de-Calais et Pays de la Loire de l’ADEME et les régions Nord-Pas-de-Calais et Pays de la Loire avec aussi le soutien de l’association « PLANT’AIR PUR ». Il a comme originalité d'avoir un double objectif qui est de surveiller et d'épurer l'air intérieur grâce à des plantes vertes. Ces acteurs souhaitent réaliser une étude de faisabilité pour la constitution d’un système simple de biosurveillance et de bioépuration de l’air.

La phase I du Programme PHYT’AIR, a consisté à comparer les méthodes et données de l’étude menée par Wolveton à celles des travaux de M. CUNY et Mlle RZEPKA.

Phases du Programme PHYT’AIR

Phase I (2005 à 2007)

Elle a pour premier objectif la mise au point un protocole d’analyse permettant de qualifier des plantes au regard de leurs capacités à surveiller ou à épurer l’air ambiant. Le Programme utilisera toujours les trois plantes déjà pré-testées et communément utilisées en plantes d'intérieur ;

• Scindapsus aureus (Lierre du diable ou pothos) ;
• Chlorophytum comosum (Plante araignée ou Phalangère) ;
• Dracaena marginata(Dragonnier ; dont la capacité à épurer le benzène et le n-hexane ont été confirmées en Australie en 2001).

La méthode découle des connaissances acquises depuis quelques années dans le domaine de la biosurveillance de la pollution extérieure par les lichens ou les plants de tabac, néanmoins, pour pouvoir interpréter et comparer les résultats, plusieurs conditions d'expériences étaient nécessaires :

• étude du rapport concentration finale sur concentration initiale, avec une injection unique de polluant sur 24h,
• injection d’une dose unique et observations des performances d'épuration pendant 24h,
• maintien de la température et de l’humidité constantes (pour la comparabilité des résultats, bien que ces paramètres varient dans la réalité),
• utilisation d'un éclairage naturel (avec ou sans ajout d'éclairage artificiel) pour reproduire l’éclairage tel qu'il existe dans l'habitat réel.

De plus, différentes configurations d’expositions ont été expérimentées pour différencier le rôle de chaque compartiment dans les phénomènes d’épuration. Six configurations différentes ont été testées :

1. Plantes avec sol, racines et microorganismes.
2. Pots avec terre, racines et microorganismes.
3. Plantes sans terre ni microorganismes.
4. Plantes avec des feuilles uniquement.
5. Terre et microorganismes.
6. Terre stérile.

Les plantes sont toutes exposées aux polluants dans des enceintes en verre, équipées pour mesurer et suivre l'évolution des concentrations en polluants.

Résultats obtenus en 2007

Les tests de la première phase du programme Phyt'air ont confirmé que les plantes épurent l’air des enceintes, et ont montré que la configuration plantes avec sol, racines et microorganismes est la plus efficace pour dépolluer l’air. Néanmoins, les chercheurs ont constaté que les performances diffèrent selon les plantes et polluants ; Pour les plantes testées, le monoxyde de carbone est le polluant pour lequel les abattements des concentrations ont été les plus forts. Vient ensuite le formaldéhyde, puis en dernière position le benzène. Mais en termes de rapidité du processus, le formaldéhyde est éliminé plus rapidement que le toluène et le monoxyde de carbone (avec environ la même quantité éliminée pour une même surface foliaire de C.comosum et S.aureus.

Comme on peut le faire pour les cellules animales, un test dit « test des comètes » a été réalisé sur les cellules végétales des plantes exposées. Il a mis en évidence une lyse du noyau cellulaire montrant que l'ADN des cellules végétales ont été endommagées par l’exposition aux polluants. Ceci pose deux questions :

• Les cellules humaines, bien que fonctionnant différemment des cellules végétales, subissent elles des effets comparables ?
• Pour des raisons de clarté des résultats scientifiques, dans chaque expérience, les plantes n'ont été soumises qu'à un seul type de polluant à la fois (Benzène, Monoxyde de Carbone, Formaldéhyde), mais dans la vie courante, nous sommes exposés à des « cocktail » complexes de polluants. De plus, on a a vu que les plantes n’ont pas toutes le même potentiel d’absorption des polluants, et que les performances d’une même plante varient selon le polluant. Ces expériences doivent donc maintenant être transposées en conditions plus proches de la réalité. Cela pourra se faire via des logiciels de modélisation qu'il faut d'abord caler sur des observations en vraie grandeur, qui seront faites dans un pavillon expérimental (phase III du Programme).

Perspectives possibles

La méthodologie utilisée et testée pour ces résultats pourra être remise à d'autres laboratoires et aux professionnels d’une part pour mieux communiquer sur les capacités épuratoires des plantes et sur le Programme PHYT’AIR et d’autre part, pour utiliser le protocole d’expérience sur d’autres plantes.

D’autres perspectives se dégagent ;

• dans le domaine de la formation et de l'information ;

- création d'un module de formation des vendeurs des magasins d’horticulture afin qu'ils renseignent mieux les clients sur les propriétés des plantes dépolluantes, mais aussi plus généralement sur les problématiques liées à la qualité de l’air intérieur ; À titre d'exemple une des craintes parfois exprimée par le grand public est que les plantes rejettent trop de CO dans l’air ambiant. En réalité, elles ne rejettent qu'une quantité de CO bien plus faible de celle que nous expirons en dormant, ou que celle induite par une cigarette allumée ou par un bougie qui se consume. De plus, une quantité au moins égale à ce CO sera réabsorbé par la plante le lendemain quand elle sera exposée à la lumière du jour..

- Utilisation du label « PHYTAIR » ou d'une étiquette particulière pour communiquer, former, informer de manière objective.

- Préparer un groupe de travail composé de collectivités (dont Pays de la Loire et Nord Pas de Calais ayant déjà montré leur intérêt..), et de scientifiques et professionnels de la filière (horticulteurs, pépiniéristes, etc.).

- L’association PLANT’AIR PUR diffusera un guide d’utilisation à remettre aux clients achetant des plantes dépolluantes.

• dans le domaine de la recherche :

- affiner la connaissance du rapport dépollution/surface foliaire (autrement dit : quelle surface de plante est nécessaire pour dépolluer l’air intérieur et en combien de temps  ?)

- poursuivre les expériences au sein d'une « Maison témoin » (du CSTB de Marne-la-Vallée, afin de se rapprocher des conditions quotidiennes de vie et de l’air intérieur à laquelle nous sommes quotidiennement soumis.

- Continuer les tests sur de nouvelles plantes ou des substrats améliorés pour élargir l’offre et son efficacité, et découvrir éventuellement que des plantes plus efficaces en termes de biosurveillance et de bioépuration.

- affiner les connaissances sur les allergies à certaines plantes d'intérieur (sève, pollen)

- affiner la connaissance des mécanismes d'épuration ; dans les cas (comme lors des expériences de Wolverton) où les polluants sont présents à forte dose, quelles sont les réaction physico-chimiques qui s’ensuivent, et quels phénomènes suivent l'adsorption ou l'absorption des molécules polluantes ou indésirables dans l'air par les plantes ; les polluants sont-ils métabolisés en métabolites plus ou moins nocifs pour la plante, avec quelles conséquences, etc. ? Il s'agit aussi d'affiner le rôle des microorganismes du sol des pots qui dans la cas du Benzène se montrent aussi efficaces que la plante elle-même si ce n'est plus efficaces.

Geneviève Chaudet cite aussi des « biofiltres » plus perfectionnés, incluant du charbon actif dans le substrat ou un système pulsant l'air au travers d'un mur végétalisé dont les espèces sont choisies pour leurs capacités à épurer différents polluants.

La phase II (2007 à 2009)

Durant cette phase, l’équipe Scientifique a élargi ses compétences et moyens en s'associant par l’intégration de Benjamin Hanoune (chargé de recherches) à l'Université Lille I qui dispose de matériels plus sophistiqués et précis, notamment pour le dosage des injections de polluants au sein des enceintes en verre.

Le Programme PHYTAIR II expose des végétaux, de manière unique et en continu, afin d’étudier l’épuration de l’air du CO, du benzène et du formaldéhyde. Plus précisément, ce programme envisage :

• de suivre les paramètres biologiques développés dans le Programme PHYTAIR I et de comparer les résultats. Les marqueurs cellulaires seront mesurés avant, et après l’exposition. Certains seront également suivis dans le temps afin d’appréhender les mécanismes de réparation cellulaire.

Dans l’optique de l’élaboration d’une méthode standardisée d’évaluation des végétaux et dans la perspective du label, deux axes de développement sont proposés :

- concernant l’exposition des végétaux : optimisation de la maîtrise des paramètres environnementaux (température et humidité) et essai de mise au point d’une mesure des performances épuratrices des plantes exposées en continu ;

- concernant les paramètres physiologiques : intégration d’une nouvelle enzyme (la glutathion réductase) venant compléter les données relatives aux enzymes déjà étudiées.

Résultats déjà obtenus sur les performances épuratoires :

1. Les capacités d’épuration des plantes sont confirmées, mais nécessitent d’être pondérées par le rôle du sol.
2. Les résultats obtenus ne sont pas uniquement dépendants de la surface foliaire et la quantité de cires foliaires bien que pour la part d’absorption attribuable aux plantes, la densité du feuillage semble influer sur les performances observées.
3. L’hygrométrie et l'humidité du sol influent significativement sur les performances d’épuration du formaldéhyde (probablement essentiellement à cause des propriétés hydrophiles de ce polluant).
4. La lumière ne semble pas influer sur les performances d’épuration.

Résultats obtenus sur les atteintes physiologiques :

1. Les résultats obtenus dans PHYTAIR I sont confirmés.
2. Les polluants ont généré un stress oxydant qui se manifeste soit par la formation de MDA (Malondialdéhyde) et/ou par l’activation d’enzymes antioxydantes.
3. Lors des injections de benzène en mode continu, les mécanismes observés semblent proportionnels à la dose utilisée.
4. Les résultats (obtenus en laboratoire ou lors de tests dans les écoles) montrent des possibilités de biosurveillance de la qualité de l’air intérieur.

Phase III du Programme PHYT’AIR

Cette étape doit permettre de progressivement quitter les conditions de laboratoire (enceintes et conditions contrôlées) pour s'approcher des conditions du mode de vie quotidien, car même si le Programme PHYTAIR II a permis d’évoluer vers des conditions plus réalistes en matière d’exposition et de doses, certains paramètres tels que les volumes, les circulations d’air, l’influence de l’aération… n'avaient pas encore pu être pris en compte. Or, ces variables sont incontournables pour obtenir des données sur les capacités effectives de végétaux placés en conditions réelles, dans la perspective du développement d’un système d’épuration.
Plusieurs outils permettent cette évolution dont le plus abouti est le «  Laboratoire MARIA  » du CSTB qui est, schématiquement, une maison complètement équipée pour le suivi de très nombreux paramètres, dont les polluants, et dans laquelle des tests pourraient être réalisés sur les plantes. Cependant, cet équipement, compte tenu de sa configuration, du nombre de demandes, et de son coût d’utilisation, ne peut être le cadre de multiples tests préliminaires.

Il convient dans un premier temps de faire appel à une étape intermédiaire fondée sur l’utilisation d’un outil numérique. Celui-ci a pour but général d’observer le comportement des polluants dans des pièces (dont les caractéristiques peuvent être modifiées) en présence des plantes. L’objectif de cette étape sera d’établir des scénarios réalistes qui seront dans un second temps validés dans l’équipement « Maria  ».

Méthodologie

Trois phases d'étude sont en cours de mise au point avec le CSTB :

• Phase 1 : Recherche des conditions de standardisation des cultures. Elle sera nécessaire afin de disposer de matériel standard lors de l'exposition des végétaux aux polluants mais également sur la recherche de matériaux capables d'augmenter soit le phénomène de dépollution soit permettant une meilleure croissance végétale.
• Phase 2 : L'exposition des végétaux ; Durant cette phase, une étude de la cinétique d'élimination des polluants de l'air pour chaque espèce de plante sera réalisée. Une évaluation de la bio accumulation et la bio indication sera étudiée. Ces études aboutiront à une réflexion finalisée sur l'application des systèmes dans les lieux de vie.
• Phase 3 : Envisager le conditionnement et l'utilisation des plantes dans les lieux. Cette phase portera alors sur des essais progressifs faits dans des lieux différents.

Plantes et polluants concernés

À ce stade, le projet Phyt'air devrait principalement porter sur trois plantes :

• Le Chlorophytum (Plante araignée ou Phalangère)
• Le Dracaena marginata (Dragonnier)
• Le Scindapsus aureus (Lierre du diable ou pothos)

Et sur quatre aérocontaminants :

• Le toluène (C₆H₅CH₃)
• Le benzène (C₆H₆)
• Le monoxyde de carbone (CO)
• Le formaldéhyde (HCHO)