Analyse et optimisation en milieu industriel du processus de biodégradation des hydrocarbures et autres polluants issus de déchets : Biodégradation d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) dans les sols

Discipline

Eau, sol, environnement

Classification

Chimie, minéralogie, cristallographie

Mots-clés libres

Bioremédiation, Hap, Sol, Bioaugmentation, Biostimulation, Biotertre

Mots-clés

Biotechnologie appliquée à l'environnement,

Biorestauration in situ,

Composés aromatiques polycycliques

Le développement d’un procédé de biodépollution des terres enrichies en HAP à une échelle locale, en Touraine, est une activité industrielle qui se doit d’être efficace et compétitive pour COVALI. Nous avons cherché à développer un bioprocédé pouvant impliquer l’emploi d’isolats bactériens spécialisés dans la biodégradation des HAP dans les sols (bioaugmentation), tout en essayant d’introduire dans le procédé du compost vert produit par COVALI ainsi qu’une étape de chaulage. Parmi 55 isolats bactériens isolés, 10 ont été capables de dégrader le phénanthrène en boîte de Pétri et 6 autres sont capables de générer un indice d’émulsification proche de 30% à partir d’un milieu de culture liquide avec ou sans HAP. Parmi les isolats candidats, 3 Sphingobacterium sp., dégradant le phénanthrène, et 1 Acinetobacter sp., produisant des bioémulsifiants, ont été testés en combinaisons de communautés bactériennes, en microcosme, pour évaluer leur impact sur les constantes de dégradation du phénanthrène, du fluoranthène et du pyrène sur un industriosol tectogénique enrichi en hydrocarbures. Sphingobacterium S35, indépendamment des autres isolats ajoutés, favorise l’augmentation de la constante de dégradation du phénanthrène de 0.08 j-1 selon le modèle cinétique de pseudo-premier ordre (PPO). La communauté Sphingobacterium C5 et S35, aura la particularité d’augmenter la constante de dégradation du pyrène de 0.011 mg.j-1 selon le modèle de pseudo-second ordre (PSO). En analyses complémentaires, parmi les 3 isolats ayant les indices d’émulsion les plus élevés, Pseudomonas S2D1 a été identifiée comme étant capable de produire des émulsifiants de types biosurfactants anioniques. Dans un essai pilote avec 10 kilogrammes de terres polluées au diesel et amendées avec du compost vert produit par COVALI, Sphingobacterium S35 et C5 et Pseudomonas S2D1 ont été capables de diminuer le temps nécessaire à 90% de dégradation (t90) du fluorène (FLU), pyrène (PYR) et benzo(ghi)perylène (BghiP) de 364 ± 91 jours, 63 ± 10 jours et de 429 ± 54 jours, respectivement. Cependant, leur présence a ralenti la dégradation des HCT C16-C40, qui étaient le polluant principal, en augmentant leur t90 de 488 ± 51 jours à 794 ± 112 jours selon le modèle de dégradation cinétique PPO. Lorsque les engrais minéraux sont ajoutés à la place du compost vert, Pseudomonas S2D1 ne va pas changer le t90 des 3 HAP suivis et Sphingobacterium S35 et/ou C5 peuvent multiplier le t90 du FLU, PYR et du BghiP par des facteurs compris entre 2 et 5. Cependant, pour les HCT, leur t90 dans les conditions de bioaugmentation avec engrais minéral va diminuer de 198 ± 40 jours. Il a été déduit que la bioaugmentation avec Pseudomonas S2D1 et avec engrais minéral était une combinaison potentielle permettant un coût d’entretien parmi le plus faible, estimé à 26 ± 8€ la tonne de terre polluée au diesel. Des essais de lixiviation en batch et dans le pilote ont permis de mettre en évidence que la quantité des HAP lixiviés pouvait dépendre des quantités de HAP dosées dans les sols avant lixiviations ainsi que de leur limite de solubilité dans l’eau. Un traitement à la chaux ou au carbonate de calcium (1% m:m) va permettre de réduire d’une part les quantités de HAP quantifiées dans les sols restants après lixiviation et d’autre part à réduire les quantités de HAP dans les lixiviats. La chaux vive est l’agent chaulant le plus efficace pour réduire les quantités de HAP lixiviées. Cette recherche souligne la difficulté de prédiction des effets des traitements de dépollution en fonction des changements d’échelle, des sols, des types de polluants, et des amendements utilisés. Et elle souligne la complémentarité des méthodes de biotraitement suivi d’un chaulage des sols.