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Projet de microbiologie appliquée EXTRACTION DE POLLUANTS SPÉCIFIQUES : BIOREMÉ

Projet de microbiologie appliquée EXTRACTION DE POLLUANTS SPÉCIFIQUES : BIOREMÉDIATION RÉALISÉ PAR : BENBAKHADDA YOUSSEF ECOLE MOHAMMADIA D’INGENIEURS 1 SOMMAIRE : 1 Introduction : ......................................................................................................................................... 3 2 GENERALITES : ....................................................................................................................................... 4 2.1 Notion de bioremédiation et principe : ......................................................................................... 4 2.2 Quelques origines de la pollution : ................................................................................................ 5 2.3 Les microorganismes utilisés en bioremédiation : ........................................................................ 6 3 Concepts technologiques de bioremédiation : ..................................................................................... 7 3.1 Bio augmentation : ........................................................................................................................ 7 3.1.1 Principe : ................................................................................................................................ 7 3.1.2 Maturité du procédé : ........................................................................................................... 7 3.2 Biofiltration : .................................................................................................................................. 8 3.2.1 Définition : ............................................................................................................................. 8 3.2.2 Processus de l’opération : ..................................................................................................... 8 3.3 Biostimulation : ............................................................................................................................. 9 3.3.1 Principe : ................................................................................................................................ 9 3.3.2 Le Co-métabolisme et la biostimulation : ........................................................................... 10 3.4 Compostage : ............................................................................................................................... 10 3.4.1 Principe : .............................................................................................................................. 10 3.4.2 Les micro-organismes du compost : .................................................................................... 10 3.4.3 Efficacité des composts sur la biologie des sols : ................................................................ 11 3.4.3.1 L’effet de l’ajout de compost au sol : .............................................................................. 11 3.4.3.2 Type de polluant traité : .................................................................................................. 11 3.5 Biolixiviation : .............................................................................................................................. 12 3.5.1 Principe : .............................................................................................................................. 12 3.5.2 Procédés : ............................................................................................................................ 12 3.6 Phytoremédiation : ...................................................................................................................... 13 3.6.1 Définition : ........................................................................................................................... 13 3.6.2 Phytoextraction : ................................................................................................................. 14 3.6.2.1 Principe : .......................................................................................................................... 14 3.6.2.2 Type de phytoextraction : ............................................................................................... 14 3.6.3 La phytovolatilisation : ........................................................................................................ 15 3.6.3.1 Principe : .......................................................................................................................... 15 3.6.3.2 Exemples types de phytovolatilisation : .......................................................................... 15 2 3.6.4 Phytostabilisation : .............................................................................................................. 16 3.6.5 Phytodégradation : .............................................................................................................. 16 3.6.6 Rhizofiltration : ................................................................................................................... 17 3.6.6.1 Principe : .......................................................................................................................... 17 3.6.6.2 Valorisation de la rhizofiltration : .................................................................................... 18 4 Traitement biologique mis en œuvre : ................................................................................................ 18 4.1 Traitement in situ : ...................................................................................................................... 18 4.1.1 Bioventing : .......................................................................................................................... 18 4.2 Traitement ex situ : ..................................................................................................................... 19 4.2.1 Biotertre : ............................................................................................................................ 19 4.2.1.1 Principe : .......................................................................................................................... 19 4.2.1.2 Pratique technique : ........................................................................................................ 19 4.2.1.3 Type de polluants traité :................................................................................................. 20 5 Conclusion : ......................................................................................................................................... 21 6 Bibliographie : ...................................................................................................................................... 22 3 1 Introduction : La capacité des micro-organismes à transformer les contaminants environnementaux en produits inoffensifs pour l'homme et l'environnement fait l'objet d'investigations en laboratoire depuis la 60 ans. Depuis le début des années 80, les techniques de remédiation biotechnologique pour le traitement des sols, l'eau souterraine et l'air ont été développés et appliqués sur cette base. Partant des attentes élevées quant à l'efficacité des techniques microbiologiques, il faut dire que de nombreux facteurs limitatifs limitent leur applicabilité bien que d’autres techniques aient été développées pour dégrader des groupes de contaminants considérés jusqu'à présent comme persistants. À l'heure actuelle, nous pouvons soutenir le fait que tous les contaminants organiques sont, en principe, dégradables. Cependant, dans la nature, de nombreux facteurs entraînent une limitation de la dégradation de substances étrangères spécifiques (xénobiotiques) introduits dans le sol et les eaux souterraines par l'homme dans le passé et actuellement sont, avec l'intervention de l'homme, souvent non réduite ou seulement réduite en périodes géogéniques, provoquant une contamination soutenue des sites respectifs. Les techniques microbiologiques peuvent présenter des avantages économiques et écologiques élevés par rapport avec d'autres techniques. Leur objectif principal est de créer des conditions de base optimales pour la dégradation des contaminants. Pour atteindre cet objectif, la connaissance des différentes réactions de dégradation, des modes de dégradation et des facteurs d'influence est d'une importance fondamentale. Le présent travail est un aperçu sur quelques biotechniques de remédiation et leurs possibilités d'application, offrant ainsi une approche comparative et explicative de leurs propriétés. 4 2 GENERALITES : 2.1 Notion de bioremédiation et principe : La bioremédiation est tout processus faisant emploi de procédés biologiques pour éliminer les polluants (industriels) qui contaminent le cycle biogéochimique des substances naturelles. La bioremédiation consiste à utiliser des systèmes biologiques pour réduire le niveau de pollution présents dans l’air, l’eau ou le sol. Ce sont des microorganismes (bactéries, microbes) ou des plantes qui sont responsables de la biodégradation du milieu. Pour assurer leur croissance et/ou leurs besoins en énergie, les microorganismes peuvent utiliser en les dégradant, la plupart des substances chimiques. Ces processus de dégradation biologique peuvent exiger la présence de l’air, ou non. Dans certains cas, les voies métaboliques que les organismes utilisent pour s’accroître ou pour obtenir de l’énergie peuvent aussi utiliser des molécules de substances polluantes. Complète, une biodégradation parvient à détoxiquer des polluants jusqu’au au stade du dioxyde de carbone, de l’eau et des sels minéraux inoffensifs. Une biodégradation incomplète peut fournir des produits de dégradation moins toxiques que le polluant initial, mais pas forcément. Par exemple, la biodégradation du trichloré- ou du tétrachloro-éthylène peut libérer du chlorure de vinyle qui est plus toxique et plus cancérogène que les composés initiaux. Le phénomène de biodégradation peut apparaître spontanément ; on utilise alors les termes de bioremédiation intrinsèque ou bioatténuation. Cependant, très souvent, les conditions naturelles ne sont pas suffisamment favorables, par manque d’éléments nutritifs, d’oxygène ou de bactéries appropriées. On peut améliorer ce genre de situations en complétant l’un ou l’autre des facteurs nécessaires ou même plusieurs (potentiel oxydoréduction, humidité). Dans le domaine de la bioremédiation, on aura de plus en plus tendance à observer la vitesse de la biodégradation naturelle et à intervenir seulement si l’activité naturelle ne suffit pas pour éliminer assez rapidement le polluant. La phytoremédiation, étant une sous-technique de la bioremédiation, repose sur l’utilisation des plantes pour l’extraction des produits toxiques à partir du sol, des sédiments et de l’eau contaminés plus particulièrement par les métaux lourds mais aussi par des contaminants organiques tels que les solvants et les hydrocarbures poly aromatiques (HAP). Certaines plantes peuvent absorber et dégrader les produits pétroliers et les composés chlorés. Les faibles coûts associés à la technologie de phytoremédiation, ainsi que la possibilité de recyclage de certains métaux expliquent l’intérêt 5 grandissant pour son développement. 2.2 Quelques origines de la pollution : • Production d’énergie à partir des combustibles fossiles, du gaz naturel, du bois, incinération des déchets implique consommation d’oxygène, dégagement de divers oxydes de carbone, de soufre et d’azote et d’hydrocarbures et formation d’ozone (O3). • Rejet des sous-produits gazeux de l’industrie chimique, de poussières de certaines installations métallurgiques et les cimenteries industrielles. Les fermentations de matière organiques peuvent également dégager des gaz riches en hydrogène sulfuré et autres composés soufrés. Les fermentations anaérobies durant le stockage de déchets organiques produisent du méthane. • Atmosphère : le gaz carbonique ou l’ozone (O3), soit de l’introduction de composés étrangers à ce milieu (radioéléments, métaux lourds et composés organiques volatils), soit d’une conjugaison de ces deux phénomènes. • La pollution urbaine due aux dioxydes de soufre (SO2), monoxyde de carbone (CO), les oxydes d’azote (NOx), l’ozone et les particules en suspension. Les hydrocarbures aromatiques monocycliques, les hydrocarbures aromatiques polycycliques et les aldéhydes sont des composés organiques volatils qui ont des conséquences néfastes sur la santé. • Pollution des sols : les engrais chimiques perturbent le flux d’énergie et le cycle de la matière dans les agroécosystèmes. Le nitrate d’ammonium, le nitrate de calcium, le sulfate d’ammonium, l’urée, les phosphates et le chlorure de potassium sont les engrais chimiques les plus utilisés. L’utilisation massive d’engrais azotés s’accompagne également d’un rejet important de monoxyde d’azote (NO) dans l’atmosphère, lequel contribue à la destruction de couche d’ozone et à l’aggravation de l’effet de serre. • Pour des raisons économiques les phosphates ne sont pas purifiés. Ils renferment ainsi, à l’état de traces, de nombreux métaux et métalloïdes toxiques. A cet apport de métaux lourds par la fumure, il faut ajouter ceux qui résultent des pulvérisations des pesticides (sels de cuivre, arséniates de plomb) et des retombées atmosphériques (plomb, cadmium, molybdène etc.…) Chaque année, plus de 4 millions de tonnes de pétrole sont répandus accidentellement dans les océans et sur les côtes. A ces hydrocarbures s’ajoutent de nombreux autres polluants d’origine urbaine, agricole et industrielle véhiculés par les rivières ou émanant de retombées atmosphériques : polychlorobiphényles, hydrocarbures aromatiques polycycliques, herbicides et insecticides, nitrates et phosphates, métaux lourds (cadmium, mercure, plomb, nickel) radionucléides (strontium et uranium). 6 2.3 Les microorganismes utilisés en bioremédiation : Ils proviennent de milieux très variés et peuvent vivre dans des conditions extrêmes : des températures en dessous de 0°C ou au contraire, très élevées, dans des milieux inondés ou en plein désert, en présence d’un excès d’oxygène ou milieu anaérobie. En raison de leur pouvoir d’adaptation, ces microorganismes sont utilisés pour éliminer les composés xénobiotiques. Parmi les bactéries aérobies reconnues pour leur pouvoir de dégradation, nous pouvons citer celles appartenant aux genres Pseudomonas, Alcaligènes, Sphingomonas et Mycobacterium. Elles peuvent dégrader les pesticides, les hydrocarbures, les alcanes et les composés polyaromatiques. Souvent, elles utilisent le polluant comme Schéma des transferts et transformation des composés chimiques dans l'environnement. 7 source de carbone et d’énergie. Les bactéries anaérobies sont moins fréquentes que les aérobies. Cependant, elles présentent un grand intérêt dans la bioremédiation des polyphényls polychlorés, du trichloroéthylène (TCE) et le 1,2 dichloroéthane (DCA). Dans tous les cas, l’opération implique le contrôle non seulement de la disponibilité des dépollueurs mais aussi l’ajustement en permanence des conditions de leur efficacité : quantité et type de nutriments, concentration en oxygène, pH, température uploads/Industriel/ bioremdt-pdf.pdf