I.6.6.Biodégradation
La biodégradation des hydrocarbures par les
bactéries et les champignons marins contribue de façon
significative à la transformation des hydrocarbures en produits
oxydés. La vitesse de dégradation dépend de la chaleur,
des éléments nutritifs et de la teneur en oxygène dissous
ainsi que du type d'hydrocarbure. Les composés les plus légers se
dégradent plus vite que ceux qui ont un poids moléculaire
élevé (SAUER et al., 1993). L'importance de la
biodégradation dans l'élimination du pétrole ; les voies
métaboliques d'oxydation des hydrocarbures par les bactéries et
les paramètres qui peuvent influencer la biodégradation.
(SOLTANI ,2004).
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Tableau 1 : Exemples de durée de demi- vie des
HAPs dans le sol (LCPE, 1994)
HAPs Demi-vie
Fluorène 32 à 60 jours
Phénanthrène 2.5 à 210 jours
Anthracène 170 jours à 8 ans
Fluoranthène 268 jours à 377 jours
Pyrène 2010 jours à 5.5 ans
Benzo (a) pyrène 0.3 à 58 ans
I.6.7.Pénétration dans la chaîne
alimentaire
Suite à leur exposition à des composés
pétroliers variés, plusieurs organismes marins tels que les
organismes planctoniques, les invertébrés (bivalves) et les
poissons, peuvent accumuler les hydrocarbures sous forme de vésicules
intracytoplasmique (BERTRAND et MILLE, 1989). Les organismes
planctoniques qui sont solidaires des masses d'eau dans lesquelles ils sont en
suspension, sont incapables d'éviter les zones contaminées par
des déversements pétroliers et ils incorporent ainsi les
hydrocarbures directement dans leurs cellules ce qui constitue une voie de
pénétration de ces composés dans la chaîne
alimentaire. Par conséquent une altération affectant le plancton
se répercute forcement sur les niveaux trophiques les plus
élevés de la chaîne alimentaire (LACAZE, 1980).
I.7. Conséquences de la pollution de
l'environnement par les hydrocarbures
La notion de la pollution est toute relative .On peut
considérer qu'il y a pollution par les hydrocarbures lorsque l'action de
ceux-ci peut être considérée comme néfaste aux
conditions de vie de l'homme directement, ou indirectement si elle affecte les
populations animales et végétales qui lui sont utiles (BRIANT
et GATELIER ,1971).
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L'étude de la pollution des hydrocarbures
nécessite des dosages très précis:200 ppb d'hydrocarbures
dans l'eau sont suffisantes pour altérer son odeur. On constateque10 ans
peuvent s'écouler entre un déversement dans le sol et son
arrivée dans une nappe aquifère (BRIANT et GATELIER,
1971).
I.7.1. Pollution du sol par les hydrocarbures
L'exploitation des hydrocarbures nécessite et engendre
des opération et activités importantes qui perturbent notre
environnement provoquant des effets néfastes pour la santé
humain. (ARBAOUI et AFFANE, 2005). Les hydrocarbures consistent les
éléments essentiels des pétroles; leurs molécules
ne contiennent que du carbone et de l'hydrogène, elles se devisent en
plusieurs familles chimiques selon leur structure (WAUQUIER, 1994).
Toutes ces structures sont basées sur le carbone (WAUQUIER,
1994). Les enchainements moléculaires carbones - carbone peuvent
être : soit réunis par une simple liaison -C-C- (suffixe ANE) soit
par liaisons multiples : Doubles C=C (suffixe ENE) ou triples C=C (suffixe YNE)
(WAUQUIER, 1994).
I.7.2. Origines de pollution
A. Pollutions accidentelles : ou une grande quantité
de polluant est déversée en fonction du temps (déversement
ou dépôt ponctuel de polluants).
B. Pollutions chroniques : dont les effets cumulés
peuvent être plus importants que ceux d'une pollution accidentelle
(JEANNOT et LEMIERE ,2001).
I.7.3. Types de polluants
Les groupes de composes pétroliers polluants pour
lesquelles la biodépollution est possible sont : A. Les hydrocarbures
pétroliers (gasoils, fuel, kérosène, huiles
minérales).
B. Les déchets d'exploitation du pétrole (boues
et résidus d'huiles goudrons) (BLIEFERT et PERRAVD, 2004).
I.7.4. Biodétection de la pollution du sol par les
hydrocarbures
Une méthode plus pratique pour épurer les
environnements contaminés par des produits dangereux est la
biorémediation ou la dépollution biologique (DAVID
,2005).
Il s'avère que le traitement des terres polluées
se fait majoritairement à l'aide de techniques biologiques qui
s'appliquent préférentiellement hors site, dans des installations
spécialisées recevant des terres de plusieurs origines. Suivent
les techniques de biodépollution des sols in situ puis la
biodégradation des polluants des terres mises en andain sur le site. Ces
techniques
21
se basent sur le fait que les micro-organismes qui se
développent dans un sol pollué y trouvent des conditions
favorables et se nourrissent notamment du polluant présent qui est alors
dégradé. En modulant des paramètres comme
l'oxygène, l'humidité, la température et les
éléments nutritifs, la croissance des micro- organismes
dépollueurs peut être optimisée. (DAVID .C ,2005).
L'ensemble des procédés d'élimination de polluants,
organiques ou minéraux, présents dans les milieux naturels par
l'action de microorganismes (DAVID ,2005).
I.7.4.1. Quatre types de
procédés
A. Biodégradation: Décomposition d'un substrat
organique, par action de microorganismes vivants.
B. Bioréduction: Réduction des composés
oxydés (nitrates, oxydes métalliques) par voie biologique.
C. Biolixiviation: Extraction des métaux contenus dans
une boue, un sol, un sédiment ou un minerai par solubilisation
provoquée par des microorganismes.
D. Biofixation/Biosorption:"Fixation" de polluants, la
plupart du temps, métalliques, présents dans un effluent liquide
sur des microorganismes.
I.7.5. Biorémediation
La bioremédiation est définie par l'utilisation
d'organismes vivants pour détruire les polluants environnementaux. Elle
a été appliquée au traitement de contaminations
inhabituelles (PERR ,2001) par l'activité des bactéries l'action
de leur condition de prolifération (KOLLER, 2004).
I.7.5.1. Micro-organismes effectuant la
bioremédiation
L'évolution a permis l'émergence d'une grande
variété de micro-organismes présentant des
capacités de biodégradation larges et flexibles. Ils peuvent
survivre et détruire ou détoxifier des composés chimiques
dans une grande variété de niche environnementales (chaleur,
froid, PH bas, avec ou sans oxygène, etc.).Les organismes les mieux
adaptés pour la bioremédiation sont souvent les espèces
indigènes d'un habitat pollué particulier. Les microorganismes
indigènes par définition survivre et se multiplie en
présence de substances toxiques (PERRY, 2001).
I.7.5.2. Micro-organismes utilisés
La dépollution de sols contaminés par
hydrocarbures en utilisant les microorganismes appelés
hydrocarbonoclastes a été mise en évidence des 1946 par
ZoBell (SOLTANI, 2OO4).
22
Les microorganismes impliqués dans cette
biodégradation peuvent être : des bactéries, des
archées, des algues ou encore des champignons. On dénombre
après un siècle d'études 200 genres de ces
microorganismes, représentant plus de 500 espèces et souches
décrites (TERRAT ,2001)
Depuis cette date le nombre d'espèces
bactériennes identifiées possédant cette
propriété n'a cessé d'augmentes. En se basant sur la
fréquence d'isolement, les genres bactériens prédominants
sont Pseudomonas, Acinetobacter, Alcaligénes, Vibro, Flavobacterium,
Achromobacter, Micrococcus, Corynebacteria, et Nocardia, Ces organismes
dégradant les hydrocarbures sont ubiquistes (SOLTANI ,2004).
I.7.5.2.1. Bactéries
Dans le sol, les bactéries sont les micro-organismes
les plus abondants et les plus actifs. En fonction des propriétés
physico-chimique du sol ; tous les types physiologiques bactériens sont
représentés dans la microflore tellurique : Autotrophes et
hétérotrophes, thermophiles et psychrophiles, aérobies,
anaérobies facultatifs et anaérobies très répandus,
les actinomycètes jouent un rôle important dans la
décomposition de la matière organique. Certaines espèces
d'actinomycètes du genre Streptomyces produisent la géosmine, un
composé volatil qui donne au sol son odeur terreuse
caractéristique (BOUSSEBOUA, 2005).
I.7.5.2.2. Champignons
Les champignons semblent plus résistants que les
bactéries dans les conditions de très faible humidité et
sont relativement plus abondants (SASSON, 1967).
I.7.5.2.3. Plantes
De nombreuses plantes sont capables de fixer dans leurs
cellules les métaux lourds, radionucléides, composés
organiques polluants et autres produits indésirables; certaines plantes
produisent des enzymes qui dégradent ces polluants en des produits moins
toxiques ou non-toxiques. Elles peuvent également être
accompagnées d'une mycorrhizosphére se chargeant du travail de
fixation et / ou de transformation, dont l'étude visant aux applications
à l'échelle industrielle est en plein essor. Ces
propriétés en ont fait des candidates d'avenir à la
dépollution des sols. Les plantes sont aussi sélectionnées
selon leur taille et aptitude à faire plonger leurs racines
profondément dans le sol, de manière à atteindre les
couches polluées profondes (quelques mètres), et selon le type de
polluant qu'elles sont capables d'emprisonner ainsi. (COLOMBANO et al
,2010).
23
En pratique on peut aussi excaver la terre et l'épandre
sur une membrane imperméable sous serre, de manière à
isoler la matière polluante et contrôler précisément
les paramètres influant sur la croissance des plantes
sélectionnées. Cela retire toutefois un des
bénéfices majeurs de la phytoremédiation, à savoir
son coût d'opération peu élevé (COLOMBANO et al
,2010).
L'un des avantages de la phytoremédiation est la
possible revalorisation des polluants recyclables, aussi appelé
phytominage. Ainsi, les plantes dites hyperaccumulatrices, qui stockent le
polluant dans leurs tiges et leurs feuilles peuvent être
récoltées puis incinérées en vue de
récupérer les métaux parmi les cendres et les
réutiliser en métallurgie (COLOMBANO et al ,2010).
I.7.6. Traitement des sols pollués par les
hydrocarbures
Les hydrocarbures en forte concentration dans l'environnement
ainsi que leur transfert ont un effet néfaste vis-à-vis la
santé de l'homme et les écosystèmes. Le choix d'une
méthode de dépollution doit être préalablement
étudié à fin d'éviter la diffusion du polluant des
sites contaminés. Les différents paramètres
étudiés généralement sont :
· Type de polluant
· Nature du sol et son accessibilité ainsi que sa
localisation
· Date de la pollution (récente ou ancienne)
· L'étendu de la surface contaminée
· les exigences économiques et administratives
Les opérations de traitements des sols polluées
peuvent se faire de plusieurs manières (physico-chimique et biologique).
Les procédés physico-chimiques englobent des traitements
physiques comme les lavages et l'extraction des polluants, des traitements
thermiques par incinération des produits organiques polluants
réduits en CO 2 et H 2 O et des traitements chimiques qui ont pour but
de détruire les polluants ou les rendre moins toxiques. Les
procédés biologiques qui sont plus écologiques sont aussi
employés, comme la phytoremédiation qui par certaines plantes
permet de transformer les polluants dans les sols par association
(racines-microflore). Le « Landfarming » qui repose sur le
déversement de terres contaminées sur des surfaces plus ou moins
préparées { l'avance. L'ajustement du pH et l'additionnement de
l'azote sont réalisés afin de stimuler s'emploie hors site ou sur
le site. Une autre technique biologique par aération du sol ou
bioventing, repose sur l'injection d'air
24
dans le sol pour fournir aux microorganismes l'oxygène
nécessaire (la biodégradation) (BOUDERHEM ,2011).
II. Biodégradation des hydrocarbures
La biodégradation des hydrocarbures pose un certain
nombre de défis aux micro-organismes. D'une part, le pétrole et
ses dérivés se présentent comme des mélanges
complexes. D'autre part, les hydrocarbures à faible poids
moléculaire montrent une toxicité due à leur effet solvant
sur les membranes. Enfin, la majorité des hydrocarbures présente
une solubilité limitée dans l'eau (MORGAN et al.,
1989).
Les microorganismes doivent donc s'adapter à ces
substrats et être capables de les utiliser comme source de carbone. Il
est actuellement établi que l'hydrocarbure, pour être
assimilé par la cellule, doit subir une transformation. Actuellement, on
peut dire que les micro-organismes sont capables de dégrader certains
constituants des pétroles, mais que les taux de décomposition
dans les écosystèmes naturels sont encore très mal connus.
Par ailleurs, la pollution par les hydrocarbures peut souvent être
qualifiée de multi-pollution car elle est associée aux
métaux lourds, en particulier le vanadium et le nickel naturellement
présents dans les pétroles. La concentration du vanadium peut
atteindre les 400 à 580 ppm (ENVIRONNEMENT CANADA, 2005).
L'utilisation d'une grande variété
d'hydrocarbures par les bactéries a été
démontrée. En effet, des souches bactériennes
dégradent les paraffines, les cycloparaffines, les HAM et les HAP
(MORGAN et WATKINSON, 1989 ; DOELLE, 1979 ;SCHNEIDER et al., 1996 ;
SANSEVERINO et al., 1993 ; MALAKUL et al., 1998 ; DEAN et al.,2001 ; GRIFOLLet
al., 1992 ; SCRIBAN, 1999 et BOLDRIN et al., 1993). Cette
dégradation fait intervenir l'équipement enzymatique des germes
caractérisé par une faible spécificité, ou par la
synthèse de nouvelles enzymes spécifiques aux polluants
présents. Cette voie peut s'opérer jusqu'à un stade
avancé qui peut aller jusqu'à la minéralisation
complète du substrat (PELMONT, 1993).
Certaines souches transforment les hydrocarbures en la
présence obligatoire d'un autre substrat. Le cométabolisme est
notamment la voie utilisée par Mycobacterium sp. pour transformer le
fluorène en présence de l'extrait de levure et de la peptone
(BOLDRIN et al., 1993). Par ailleurs, plusieurs espèces de
champignons ont l'aptitude de transformer les hydrocarbures aromatiques
polycycliques (BUMPUS, 1988 ; STAPLETON et al., 1998 ; BZALEL et al., 1996
et CERNIGLIA, 1992). Les champignons lignolytiques tels que Phanerochaete
chrysosporium dégradent les HAP au moyen des enzymes dégradant la
lignine (BUMPUS, 1988). Les champignons non lignolytiques utilisent
les monooxygénases du cytochrome P-450. Le plus étudié est
Cunninghamella elegans qui transforme les HAP en
produits moins mutagènes, aboutissant ainsi à
leurs détoxification (CERNIGLIA, 1992). L'attaque des HAP par
les champignons conduit à la détoxification alors que la voie
bactérienne conduit à la rupture des cycles avec assimilation du
carbone (CERNIGLIA, 1984 ; CERNIGLIA et al., 1992 ; SUTHERLAND, 1992
cité par CERNIGLIA, 1992).
Les algues vertes et les cyanobactéries transforment
les HAP sous conditions photoautotrophes. Selenatrum capricornutum
dégraderait le Benz[a]pyrène en faisant intervenir une
dioxygénase similaire à celle des bactéries
(CERNIGLIA, 1992).
Le taux de dégradation des HAP est en
général inversement proportionnel au nombre de cycle dans la
molécule. La biodégradation de ces composés aussi bien par
les procaryotes que par les eucaryotes nécessite la présence
d'oxygène pour effectuer la première attaque sur les noyaux
(GIBSON et SUBRAMANIAN, 1984 cités par CERNIGLIA, 1992).
Figure 3 : Dégradation du pyrène
proposée par LIANG et al. (2006).
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