BiodBiodéégradationgradation des des hydrocarbureshydrocarburesppéétrolierstroliers dans dans

les solsles sols

par Pedro A. Segurapar Pedro A. Segura

Les Les hydrocarbureshydrocarbures ppéétrolierstroliers (HCP)(HCP)

MMéélange complexe des alcanes aliphatiques, lange complexe des alcanes aliphatiques, alicycliques et aromatiques provenant de la alicycliques et aromatiques provenant de la conversion conversion anaerobiqueanaerobique de la biomasse (Atlas, de la biomasse (Atlas, 1998).1998).Leur biodLeur biodéégradation et subsgradation et subsééquente quente minminééralisation varie selon la taille et le type de ralisation varie selon la taille et le type de la molla moléécule :cule :

nn--alcanes alcanes >> substitusubstituéés s > > alicycliquesalicycliques > > aromatiquesaromatiques

BiodBiodéégradationgradation

Dans un environnement favorable, tous les Dans un environnement favorable, tous les composcomposéés organiques sont ds organiques sont déégradables gradables (Atlas, 1984) (Atlas, 1984)

→→ Principe de lPrincipe de l’’infaillibilitinfaillibilitéé microbienne. microbienne. Les microLes micro--organismes sont les principales organismes sont les principales agents dagents déégradateurs des HCP gradateurs des HCP àà cause de cause de leur taille et leur nombre dans les sols.leur taille et leur nombre dans les sols.Plusieurs facteurs affectent et limitent la Plusieurs facteurs affectent et limitent la biodbiodéégradation des HCP.gradation des HCP.

FacteursFacteurs affectantaffectant la la biodbiodéégradationgradation

FacteursFacteurs

BiotiquesBiotiques AbiotiquesAbiotiques

Flore microbienne indigFlore microbienne indigèène ne capable de dcapable de déégrader les HCPgrader les HCP

SSééquestration, nature des HCP, questration, nature des HCP, eau porale, Oeau porale, O22, N, P, , N, P,

temptempéérature rature

MMéécanismes de la dcanismes de la déégradation gradation microbienne des HCPmicrobienne des HCP

NADPH2

O2

H2ONADPH

monooxygenase

OH

oxydation

OH

O

R

R

R

acyl coenzyme A (CoA)-OHO

R

CoA

O

R

CoA

H2O

O

R

CoA

OH2H+

O

R

CoA

O

2H+

CoA

O

CoA

O

CoAR

CO2 + H2O

cycle de Krebs

micro-organismes

LL’’huile huile VoltessoVoltesso 35 (V35)35 (V35)

La V35, utilisLa V35, utiliséée comme isolant e comme isolant éélectrique, est lectrique, est un HCP constituun HCP constituéé principalement dprincipalement d’’alcanes alcanes nonnon--aromatiques Caromatiques C1212--CC34 34 (QSAR, 1999; (QSAR, 1999; GaudreaultGaudreault, 2004), 2004)Des analyses en laboratoire ont dDes analyses en laboratoire ont déémontrmontrééque le taux dque le taux d’’extraction de cette huile extraction de cette huile diminuait en fonction du temps (tdiminuait en fonction du temps (t1/21/2≈≈ 26 j) et 26 j) et que la sque la sééquestration dans un sol organique questration dans un sol organique (TOC (TOC ≈≈ 12%) 12%) éétait faible.tait faible.

BiodBiodéégradation de la V35gradation de la V35

0 5 10 15 20 25 300.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

Tauxbiodég = 0.2 mg HPC jour-1

Sol biotique Sol abiotique

Frac

tion

des

HC

P e

xctra

ctab

le

Temps / jours

Effet des mEffet des méétaux sur la taux sur la biodbiodéégradationgradation

Les sites utilisLes sites utiliséés par ls par l’’industrie mindustrie méétallurgique tallurgique sont souvent contaminsont souvent contaminéés par des HCP et des s par des HCP et des mméétaux (taux (RiisRiis, 2002). , 2002). ÀÀ MontrMontrééal, dans les al, dans les terrains contaminterrains contaminéés, on trouve souvent la s, on trouve souvent la pollution mixte.pollution mixte.La prLa préésence de msence de méétaux peut rtaux peut rééduire ou duire ou inhiber la biodinhiber la biodéégradation microbienne des gradation microbienne des HCP.HCP.Selon CCME pour les terrains rSelon CCME pour les terrains réésidentiels: sidentiels: AgAg : 20 mgkg: 20 mgkg--11 ; Hg : 6.6 mgkg; Hg : 6.6 mgkg--11

RRéésultats: sols contaminsultats: sols contaminéés avec s avec AgAg

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0 5 10 20 40 75 Contrôle[Ag] ajouté (mg/kg sol sec)

Effet de l'argent sur la biodegradation de la V35

% Sequestrée % Extraite % Biodegradée

RRéésultats: sols contaminsultats: sols contaminéés avec Hgs avec Hg

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0 1 2 5 10 20 Contrôle[Hg] ajouté (mg/kg sol sec)

Effet du mercure sur la biodegradation de la V35

% Séquestrée % Extraite % Biodegradée

RRéésultatssultats

CourbesCourbes dosedose--rrééponseponse

0 50 100 150 200

0

20

40

60

80

100

EC50 = 100 mg Ag / kg-1 sol sec

% Inhibition = 100/(1 + 10(100-[Ag]) 0.01)r2=0.46389

% In

hibt

ion

[Ag]ajouté dans le sol / mg Ag / kg-1 sol sec

( )pMECInhibition ][50101100% −+

=

Sol contaminSol contaminéé avec avec AgAg

CourbesCourbes dosedose--rrééponseponse

0 50

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

EC50= 22 mg Hg kg-1 sol sec

% Inhibition = 100/(1 + 10(39-[Hg]) 0.018)r2= 0.52922

% In

hibi

tion

[Hg]ajouté dans le sol / mg Hg / kg-1 sol sec

Sol contaminSol contaminéé avec Hgavec Hg

ConclusionConclusionUn effet significatif sur la biodUn effet significatif sur la biodéégradation des gradation des HCP nHCP n’’a pas a pas ééttéé observobservéé dans les sols dans les sols contenant des concentrations en contenant des concentrations en AgAg++ et Hget Hg2+2+

éélevlevéées. es. Ce phCe phéénomnomèène peut être attribune peut être attribuéé àà la faible la faible biodisponibilitbiodisponibilitéé des ions mdes ions méétalliques dans les talliques dans les sols (prsols (préécipitation, adsorption ou cipitation, adsorption ou complexationcomplexation avec la MO).avec la MO).BaldrianBaldrian (2000) n(2000) n’’a pas observa pas observéé dd’’effet sur la effet sur la ddéégradation des HAP dans des sols gradation des HAP dans des sols contenant 10contenant 10--100 100 ppmppm de Hg. de Hg.

ConclusionConclusionRiisRiis (2002) a observ(2002) a observéé une inhibition totale de une inhibition totale de la biodla biodéégradation du diesel dans les cultures gradation du diesel dans les cultures liquides lorsque Hg (20 mgLliquides lorsque Hg (20 mgL--11) ) éétait ajouttait ajoutéémais le même effet ne smais le même effet ne s’’est pas produit dans est pas produit dans la boue. la boue. LL’’utlisationutlisation de la biodde la biodéégradation de la V35 gradation de la V35 comme indicateur de lcomme indicateur de l’’activitactivitéé microbienne microbienne est possible en utilisant des sols avec un est possible en utilisant des sols avec un contenu en contenu en CCorgorg plus bas, mais il faut dplus bas, mais il faut d’’abord abord diminuer la variabilitdiminuer la variabilitéé de la rde la rééponse dans le ponse dans le sols abiotiques.sols abiotiques.

RRééfféérencesrencesAtlas, R. (1984). Atlas, R. (1984). MicrobialMicrobial EcologyEcology: : fundamentalsfundamentals andandapplications, applications, 4th 4th eded.,Addison Wesley .,Addison Wesley LongmanLongman, , MenloMenloPark (USA), 1998, p.511Park (USA), 1998, p.511--555.555.BaldrianBaldrian P. P. et al.et al. (2000) (2000) ApplAppl. Environ. . Environ. MicrobioMicrobio.. 66, 66, 24712471--2478.2478.GaudreaultGaudreault, M. (2004). , M. (2004). ThThèèse de Mase de Maîîtrisetrise. Universit. Universitéé de de MontrMontrééal, Montral, Montrééal (Canada).al (Canada).RiisRiis, V. , V. et al. et al. (2002) (2002) ChemosphereChemosphere 4949, 559, 559--568.568.QSAR RISK ASSESMENT SERVICE INC. QSAR RISK ASSESMENT SERVICE INC. Approche Approche basbaséée sur le risque : terrains contamine sur le risque : terrains contaminéés aux s aux hydrocarbures, hydrocarbures, voltetvoltet 1 :1 :ÉÉtude de caracttude de caractéérisation risation complcompléémentaire dmentaire d’’un site dun site d’’HydroHydro--QuQuéébecbec, QSAR, , QSAR, MontrMontrééal (Canada), 1999.al (Canada), 1999.