Biodégradation des hydrocarbures

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Biodégradation des hydrocarbures (Français) / biodegradation of hydrocarbons (Anglais) / التحلل البيولوجي الكربوهيدرات (Arabe)

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la biodégradation des hydrocarbures est la décomposition de matièresorganiques par des bactéries, des champions ou des algues.La pollution des sols par les hydrocarbures peut être chronique comme accidentelle et ces derniers peuvent persévérer longtemps lorsqu’elles sont dissimulées dans les sols et les nappes aquifères. Les causes majeures de cette pollution sont les activités industrielles qui génèrent une multitude de composés qui peuvent être toxiques pour les organismes vivants telles que l’extraction, la transformation et l’utilisation des produits pétroliers qui par leurs rejets industriels peuvent contaminer notre environnement : le sol, l’eau, l’air et la biosphère. Les traitements physico-chimiques proposés sur site ou après excavation des sols, sont coûteuses et non respectueuses des écosystèmes. Il est donc primordial de mettre en œuvre des moyens de dépollution des sites contaminés par des micro-organismes. C’est une technique connue sous le nom de bioremédiation, elle est commode pour les hydrocarbures pétroliers tels que le gasoil, kérosène et fioul. La réduction de la pollution qui en résulte, est exploitée dans des procédés visant à décontaminer les sites pollués tout en conservant l’intégrité de l’écosystème. La pollution des sols aux hydrocarbures I.1. Le sol I.1.1. Définition Le sol qui est un système polyphasique, défini comme la couche superficielle de la croûte terrestre composée d’eau, d’air et d’organismes ainsi que des particules minérales qui représente l'ensemble des produits de la dégradation physique puis chimique de la roche mère et aussi de matière organique qui est la partie non vivante de la fraction organique du sol constituée d'un mélange hétérogène de résidus de décomposition microbienne et de matière organique fraîche. I.1.2. Composition du sol Le sol est donc un système hétérogène et complexe. Il est composé de 03 phases : • une phase solide représentée par les particules du sol. • une phase liquide représentée par l’eau du sol qui peut être enrichie en de nombreux composés et particules. • une phase gazeuse constituée par l’air emprisonné dans le sol. I.2. Les hydrocarbures Les hydrocarbures sont des composés organiques formés exclusivement d’atomes de carbone et d’hydrogène, ils ont pour formule brute CnHm où « n » et « m » sont deux entiers naturels. De par leur abondance naturelle, ils font partie des produits chimiques les plus importants pour l’humanité et sont notamment utilisés comme source d’énergie primaire. Malgré la diversité des hydrocarbures et par conséquent de leur biodégradabilité, cette dernière est soumise à quelques règles ; plus la chaîne d’un hydrocarbure sera longue, plus sa biodégradabilité sera difficile et plus l’hydrocarbure comportera de cycles, plus sa biodégradabilité sera importante .Le pétrole brut est composé de plusieurs hydrocarbures. On y trouve aussi une multitude d'autres éléments tels que l'azote, le soufre, les métaux mais aussi parfois de l'eau salé ou bien des produits sulfuré-thiols. Le pétrole est formé naturellement et on en distingue plusieurs sortes. Les trois grands types d'hydrocarbures sont les alcanes ou paraffine, les cycloalcanes ou naphtènes et les composés aromatiques. La biodégradation des hydrocarbures: La biodégradation des hydrocarbures par les microorganismes appelés « hydrocarbonoclastes » a été mise en évidence dès 1946 par ZoBell. Depuis cette date le nombre d’espèces bactériennes identifiées possédant cette propriété n’a cessé d’augmenter. En se basant sur la fréquence d’isolement, les genres bactériens prédominants sont Pseudomonas, Acinetobacter, Alcaligènes, Vibro, Flavobacterium, Achromobacter, Micrococcus, Corynebacteria, et Nocardia (Leahy et Colwell, 1990; Floodgate, 1995). Ces organismes dégradant les hydrocarbures sont ubiquistes (Atlas, 1995 a, b; Olivera et al., 1997), ils ont même été rencontrés dans les écosystèmes extrêmes comme les régions polaires (Whyte et al., 1995; Aislabie et al., 1998), les déserts (Al-Hadrami et al., 1995) ou les sources chaudes (Zarilla et Perry, 1984). L’activité humaine, au travers des multiples sources de pollution et par la mondialisation des déplacements, favorise l’apparition de nouvelles souches aptes à la dégradation des hydrocarbures (Van der Meer et al., 1992). Ainsi, même si les conditions de température, aération, pH, toxicité ou nutriments sont défavorables, une dépollution intrinsèque reste possible avec une efficacité amoindrie (Leahy et Colwell, 1990; Delille et al 1998 . Forage des hydrocarbures et impact sur l’environnement Les sols contaminés par les hydrocarbures présentent un danger lors d’un contact direct avec l’Homme ou l’animal ou lors de leur transfert dans la chaine alimentaire. C’est le phénomène de bioaccumulation avec le piégeage par les végétaux et les animaux des polluants ou de leurs produits de dégradation jusqu’à des teneurs atteignant les seuils de toxicitéTraitement 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 CO2 et H2O 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 l’activité microbienne, cette technique s’emploie hors site ou sur le site. Une autre technique biologique par aération du sol ou bioventing, repose sur l’injection d’air dans le sol pour fournir aux microorganismes l’oxygène nécessaire { la biodégradation.La dégradation des hydrocarbures par voie microbienne et la production de Biosurfactants II.1 La bioremédiation II.1.1. Définition Appelée aussi biodépollution (dépollution biologique) est une méthode efficace pour épurer les environnements contaminés par des produits polluants dangereux. Cette méthode est réalisée à l’aide de microorganismes généralement ex situ (hors site) dans des installations spécialisées qui sera suivie d’une technique de biodépollution des sols in situ ( au niveau du sol contaminé) puis la biodégradation des polluants des terres mises en andain sur le site. La biodépollution est possible pour deux types de polluants pétroliers : • Les hydrocarbures pétroliers (gasoils, fiouls, kérosène, huiles minérales). • Les déchets d’exploitation et de transformation du pétrole (boues et résidus d’huiles de forages) II.1.2. Les principales méthodes utilisées dans la bioremédiation  La bioaugmentation Cette technique consiste à introduire des cultures de microorganismes dans la zone polluée afin d’augmenter le taux de biodégradation des contaminants. La culture peut comprendre une ou plusieurs espèces de microorganismes capable de dégrader et de décontaminer les sites contenant des hydrocarbures et peuvent être soit autochtones ou bien allochtones. (Vogel, 2001).  La biostimulation Cette technique consiste à stimuler l’activité des populations microbiennes indigènes (présente dans le sol ou dans les eaux souterraines) par apport de nutriments et par ajustement des conditions du milieu (potentiel d’oxydo-réduction, humidité). (Abdelly, 2007) Synthèse bibliographique II.2. Microorganismes aptes à dégrader les hydrocarbures Les microorganismes jouent un rôle important dans la biodégradation des polluants organiques dans les écosystèmes terrestres. Cette dégradation résulte de voies métaboliques qui mettent en jeu des populations microbiennes spécifiques ou des capacités métaboliques combinées concernant différentes communautés microbiennes (Trzesicka-Mlynarz et Ward ,1995). Les bactéries hydrocarbonoclastes utilisent les hydrocarbures pétroliers comme seule source de carbone. Elles sont ubiquistes et présentes en faible quantité dans les environnements dépourvus de contamination. Naturellement, leurs effectifs sont accrus dans les zones chroniquement polluées par les hydrocarbures et augmentent après un apport de pétrole, et chaque genres bactériens n‘est capable de dégrader qu‘un nombre restreint d‘hydrocarbures (Sauret, 2011). II.3. Facteurs physiques et chimiques affectant la biodégradation La biodégradation des hydrocarbures est l’un des premiers mécanismes conduisant à la transformation de ces polluants en produits moins toxiques. Les travaux de recherche sur l’oxydation des hydrocarbures par les microorganismes ont montré que ce processus dépend de la structure chimique des hydrocarbures et des conditions environnementales (Costes et Druelle ,1997). Les facteurs physicochimiques influant sur la vitesse de biodégradation microbienne sont :  La structure du sol et leur nature (composition structure et surtout diffusion d'oxygène).  La composition du polluant selon Soltani 2004 (la vitesse de biodégradation est plus élevée pour les hydrocarbures saturés, viennent en suite les aromatiques légers, les aromatiques à haut poids moléculaire)  Température (entre 25°C à 37°C.)  Ressources en oxygène ; sous forme d'oxygène pure, air atmosphérique ou le peroxyde d’hydrogène (H2O2)  La pression et l'humidité  Les nutriments (azote et phosphore en particulier)  Le potentiel d'hydrogène (entre 6 et 8)  Effet de la salinité II.4. Généralité sur le biosurfactants II.4.1. Définition Les surfactants (SURFace ACTive AgeNTS) sont des agents à activité de surface (tensioactifs), synthétisés chimiquement ou par voie biologique (biosurfactants) (Al- Arajil et coll., 2007). Les biosurfactants sont des molécules amphiphiles constituées d'une partie hydrophile polaire et d'une partie hydrophobe non polaire. Généralement, le groupement hydrophile est constitué d'acides aminés, peptides ou de polysaccharides (mono ou di) ; le groupement hydrophobe est constituée d'acides gras saturés ou non saturés Type de biosurfactants Contrairement aux surfactants synthétisés chimiquement, qui sont généralement classés en fonction de la nature de leurs groupes polaires, les biosurfactants sont généralement classées principalement par leur composition chimique et leur origine microbienne. Rosenberg et Ron ont classés les biosurfactants en deux classes : • Les biosurfactants à faible poids moléculaire sont efficace dans l’abaissement de la tension interfaciale. • Les biosurfactants à poids moléculaire élevé sont très efficace comme agents émulsifiants et stabilisateurs (Kappeli et Finnerty, 1979). Les principales classes de biosurfactants à faible poids moléculaire sont : les glycolipides, les lipopeptides et les phospholipides, tandis que ceux à poids moléculaire élevé comprennent les polymériquesBiosynthèse et rôle physiologique La production de biosurfactants est un phénomène communément observé lors de la croissance d’un microorganisme sur des substrats insolubles dans l’eau et la réduction de la tension superficielle du milieu ainsi que la formation d’une émulsion stable indiquent une production efficiente (Pruthi et coll., 1995). Selon Adamson (1990), la présence de surfactant est nécessaire pour obtenir une émulsion stable entre deux liquides purs non miscibles (Krepsky et coll., 2007). En effet, ces bactéries synthétisent les biosurfactants qui sont soit des molécules intracellulaires, extracellulaires ou localisées à la surface de la cellule (Prabhu et coll., 2003) pour faciliter la diffusion des hydrocarbures ou leurs dérivés à l’intérieur de la cellule bactérienne à fin de les dégrader (Al-arajil et coll., 2007). Cependant, les biosurfactants peuvent avoir d’autres rôles aussi importants que l’émulsification, par exemple : l’adhésion aux surfaces solides et la formation de biofilms (Alasan d’Acinetobacter), la régulation du niveau énergétique cellulaire (sophorose de T. bombicola), l’activité bactéricide (gramicidine, polymexine, surfactine), la pathogénicité de certaines bactéries (rhamnolipides de Pseudomonas), ainsi que le piégeage des métaux lourds (Vandecasteele, 2008). II.4.4 Utilisation des biosurfactants Les biosurfactants sont reconnus pour être non toxiques, biodégradables et peuvent être utilisés dans des conditions extrêmes Ils sont utilisés dans de nombreux domaines :  L'industrie pétrochimique  La protection de l'environnement et la remédiation.  La dépollution marine et des sols contaminés par les hydrocarbures.  En agriculture pour la formulation d'herbicides et de pesticides  En pharmaceutiques, cosmétiques et alimentaire. CONCLUSION: Les sols pollués par les hydrocarbures ont un effet néfaste sur l’environnement en générale, mais voyant le coté positive, chaque sol pollué contient une microflore autochtone qui s’adapte pour dégrader ces polluants et les utiliser comme nourriture, c’est une dépollution biologique qui ne demande pas trop d’appareillage ni de grand budget. Le pétrole brut est l’un des polluants les plus propagés et complexes des sols. Il contient pas mal de molécules qui sont composées essentiellement d’atome de carbone. Ces molécules peuvent être utilisées par des bactéries mangeuses de pétrole et à la fois productrices de surfactants naturels qui stimulent l’accès à la source de carbone complexe pour un bon processus de bioremédiation de l’écosystème pollué.

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Bibliographie

Pour citer cette page: (des hydrocarbures)

ABROUGUI, M & al, 2020. Biodégradation des hydrocarbures. In Didaquest [en ligne]. <http:www.didaquest.org/wiki/Biod%C3%A9gradation_des_hydrocarbures>, consulté le 24, novembre, 2024

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