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Revue scientifique et technique LJEE N°21 et 22. Spécial colloque CIREDD’2013 4

Revue scientifique et technique LJEE N°21 et 22. Spécial colloque CIREDD’2013 48 TRAITEMENT BIOLOGIQUE DES MILIEUX AQUATIQUES CONTAMINES PAR LES HYDROCARBURES AROMATIQUES POLYCYCLIQUES BIOLOGICAL TREATMENT OF POLYCYCLIC AROMATIC HYDROCARNONS CONTAMINATED WATER Fatma zohra MESBAIAH. Laboratoire de génie chimique, Dépt Chimie Industrielle. Univ. SAAD Dahlab Blida, Algérie. Centre national de la recherche et de développement de la pêche et l’aquaculture, Bou-Ismaïl, Algérie. fatmazohra-env@hotmail.fr Abdelmalek BADIS. Laboratoire de biochimie et microbiologie Département de Chimie Industrielle. Univ. SAAD Dahlab. Blida. Algérie. badisabdelmalek@yahoo.fr RESUME : Le potentiel biodégradatif de la souche K1C, aérobie thermophile, isolée à partir d’un sol sableux contaminé par le pétrole brut, de la région de Hassi-Messaoud (Algérie) ; sélectionnée comme souche performante pour la dégradation d’anthracène a été étudié. Les résultats obtenus montrent que la dégradation des deux hydrocarbures (anthracène et naphtalène) est possible dans un milieu acide, la souche sélectionnée supporte des concentrations en sel (NaCl) arrivant à 100 g/l. Le meilleur taux de dégradation est obtenu lorsque la température est de 45°C. Le suivi de dégradation des deux contaminants dans l’eau de mer a montré que la dégradation du naphtalène et d’anthracène est possible même en présence d’autres composés comme source du carbone et d’énergie. Mots clés : Biodégradation, Anthracène, Naphtalène, Bactérie Thermophile, Hydrocarbures aromatiques polycycliques. ABSTRACT: The biodégradatif potential of aerobic thermophilic strain K1C isolated from crude oil contaminated soil (Hassi Massoud, Algeria), selected as effective strain for anthracene degradation was studied. The results show that the degradation of two hydrocarbons (naphthalene and anthracene) is possible in an acidic medium; the selected strain supports concentrations of salt (NaCl) reaching 100 g / l. The best degradation rate is obtained when the temperature is 45 ° C. Monitoring degradation of contaminants in seawater showed that degradation of naphthalene and Revue scientifique et technique LJEE N°21 et 22. Spécial colloque CIREDD’2013 49 anthracene is possible even in the presence of other compounds as a source of carbon and energy. Keywords: Biodegradation, Aanthracene, Naphthalene, Thermophilic strain, HAP INTRODUCTION L’importance du trafic pétrolier maritime, le développement de l’exploitation offshore, l’implantation littorale d’unités de raffinage et du secteur industriel sont autant des causes chroniques ou accidentelles de rejets d’hydrocarbures dans les milieux aquatiques. Les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) regroupent un ensemble très vaste de composes organiques constitues de deux a sept cycles aromatiques. Ils sont formes en mélange et ont trois origines principales : pyrolytique (combustion de matériel organique par les industries, transports, incinérateurs, incendies), pétrogénique (introduction dans l’environnement a partir de produits pétroliers et dérives) et diagénétique (formation naturelle du pétrole). La toxicité des HAP est reconnue et ces substances sont classées cancérigènes, mutagènes et reprotoxiques. Outre leur caractère ubiquiste, leur forte toxicité justifie leur classement en Polluant Organique Persistant et leur inscription comme substances prioritaires sur les listes de la Commission Européenne, de l’Agence de Protection de l’Environnement des Etats-Unis et de l’Organisation Mondiale de la Sante (Marchand, et al, 1996). Le naphtalène et l’anthracène sont des composés potentiellement dangereux, ils sont généralement utilisés comme des modèles des HAP à cause de leur forte détection dans les trois compartiments de l’environnement (Bisht et al, 2010). Différentes solutions ont été proposées pour traiter les milieux contaminés par les HAP ; des procédés physiques et chimiques tels que stripping, La flottation, le lavage, la désorption thermique, l’extraction par solvant, l’oxydation avancée, l’ultrason et le traitement électrochimique (Fritsche et Hofrichter ,2008). Les procédés chimiques doivent être rigoureusement testés afin de déterminer la quantité de réactif à utiliser, et éviter qu’il se trouve en défaut ou en excès. Il est primordial de bien connaître les propriétés des milieux afin d’éviter les risques de réactions secondaires qui mèneraient à la formation de nouveaux polluants. Revue scientifique et technique LJEE N°21 et 22. Spécial colloque CIREDD’2013 50 Par voie de conséquence, les recherches actuelles s’orienteront vers l’élimination des HAP par les bioprocédés d’où l’intérêt de ces nouvelles techniques réside surtout dans son aspect non polluant, et l’absence de sous produits chimiques (Lan, 2009). Les conditions environnementales jouent un rôle très important dans le contrôle de la croissance et l’activité bactérienne durant la biodégradation du naphtalène, par conséquence, il est très important d’étudier l’effet des facteurs physico-chimiques sur la biodégradation des HAP pour une implantation de la biodégradation comme une technologie de bioremédiation (Patel, 2012). L’objectif de ce travail est d’étudier l’effet de ces facteurs sur la croissance bactérienne et la biodégradation du naphtalène et d’anthracène par une souche bactérienne isolée localement à partir d’un sol contaminé par le pétrole brut. Un suivi de la biodégradation a été effectué dans l’eau de mer artificiellement contaminée par le naphtalène et l’anthracène, en vue d’une application de la biodégradation des hydrocarbures en milieu marin. MATERIEL ET METHODES La souche bactérienne utilisée dans cette étude a été isolée à partir d’un sol anciennement contaminé par le pétrole brut dans la région de Hassi Messaoud (Algérie), par l’ensemble des chercheurs impliqués dans le projet « Etude du potentiel biodégradatif des souches isolées a partir de sols contamines par le pétrole brut de la région de Hassi-Messaoud : biodégradation des hydrocarbures et production de biosurfactant » (Eddouaouda et al, 2012). Milieu et conditions de culture Les tests de biodégradation ont été réalisé dans des flacons de 250 ml qui contiennent 100 ml de milieu de base, additionné de la source de carbone (naphtalène ou anthracène : 100 mg/l) et d’inoculum bactérien, l’incubation été à 45°C sous une agitation de 150 tr/min. Biodégradation des HAP L’influence de différents paramètres de culture sur la croissance de la souche utilisée et sur la biodégradation de naphtalène et d’anthracène a été étudiée. La concentration du substrat, le pH du milieu et la salinité ont été testés. Les conditions de culture sont résumées comme suit : la concentration de naphtalène (50 ; 100 ; 150mg/l), la concentration Revue scientifique et technique LJEE N°21 et 22. Spécial colloque CIREDD’2013 51 d’anthracène (25 ; 50 ; 100mg/l), le pH du milieu (2.5, 4, 5.5, 7, 8.5, 10 et 11.5), la concentration de sel (0, 1, 2, 4, 6, 8 et 10%). Les milieux ont été inoculés par la souche K1C et incubés à 45°C sous une agitation de 150 tr/min. Biodégradation du naphtalène et d’anthracène dans l’eau de mer Deux échantillons de l’eau de mer ont été prélevés, le premier à partir d’une plage (moins contaminé par les hydrocarbures) et le deuxième à partir d’un port (contaminé par les hydrocarbures), ces deux échantillons ont été stérilisés et contaminés artificiellement par le naphtalène et l’anthracène (concentration ajoutée est de 100 mg/l).Les milieux ont été inocules et incubés à T=45 °C sous une agitation de 150tr/min. Détermination de la concentration résiduelle des HAP L’anthracène et le naphtalène résiduel est quantifié par UV-VIS (6800 UV- VIS JENWAY) à une longueur d’onde égale à 293 nm et 266 nm respectivement, avec une cellule en quartz de 10 mm. La longueur d’onde est fixée après un balayage de trois solutions des HAP dans différents solvants à savoir : le méthanol, l’hexane, l’acétate d’éthyle Ces analyses sont confirmées par CPG après extraction avec le même volume d'hexane, l'échantillon subit ensuite une agitation pendant 5min par le vortex pour dissoudre les HAP dans l'hexane, centrifugé à 5000 tr/min pendant 10 min. La courbe d'étalonnage est préparée par des solutions d’anthracène et du naphtalène dans l'hexane. RESULTATS ET DISCUSSION Plusieurs études ont montré que la biodégradation des hydrocarbures dépend des conditions environnementales comme le pH, la salinité et la température. Ces derniers peuvent influencer la biodégradation par l’inhibition de la croissance bactérienne (Lin et al, 2010) Effet de la concentration du substrat La concentration d’hydrocarbure joue un rôle très important dans le processus de la biodégradation, l’effet de la concentration initiale d’anthracène et du naphtalène est représenté dans la figure 1. Revue scientifique et technique LJEE N°21 et 22. Spécial colloque CIREDD’2013 52 a. b. Fig. 1. Effet de la concentration initiale sur le taux de dégradation après 48h d’incubation (a : anthracène, b : naphtalène) Ces résultats montent que l’efficacité de dégradation est proportionnelle à la quantité du substrat ; plus la quantité est élevée plus le taux d’élimination augmente. Des études rapportent que les concentrations élevées des HAP ont un effet positif sur la croissance des bactéries car ces derniers sont la seule source de carbone, par contre les faibles concentrations est un facteur limitant pour la croissance bactérienne (Othman et al, 2009), la présence d’une concentration moyenne du naphtalène ou d’anthracène dans le milieu provoque une force motrice importante pour réduire la concentration du substrat, de le solubiliser pour l’utiliser comme source de carbone nécessaire pour la croissance bactérienne (Lin et al, 2010). Effet de la salinité Vu les grandes variétés en sel dans les sites contaminés (mers, lacs, différents types de sols) et l’effet de ce paramètre sur la physiologie du microorganisme en affectant l’efficacité de la biodégradation. L’effet de ce paramètre a été étudié et les résultats sont regroupés dans la figure 2. a. b. Fig. 2. Effet de la salinité sur le taux de dégradation après 48h d’incubation (a : anthracène, uploads/Geographie/ 4-5-article-mesbaiah-17x24-final.pdf