Contribution au traitement des boues et des sols pollués par des hydrocarbures

Madagascar possède quelques gisements de pétrole. Des activités concernant ce produit ont déjà existé dans notre pays depuis 1964. La première société travaillant sur le pétrole était la SMR Société Malgache de Raffinage (SMR) actuellement la Galana Raffinerie Terminale (GRT). Par ailleurs, une société vient de s’installer à Madagascar actuellement pour l’exploitation du pétrole à Morondava.

L’utilisation des produits pétroliers sous formes d’hydrocarbures s’étend sur plusieurs applications : construction des routes, carburant, lubrifiant, source d’énergie, etc. les hydrocarbures se présentent à l’état : solide, liquide ou gazeux. Certain type de ces composés organiques est toxique, très mobile et persistant. La présence des hydrocarbures dans le sol, dans l’air et dans l’eau suite à des déversements accidentels et/ou opérationnels, mineurs ou importants, constitue un risque, non seulement pour l’environnement ou l’écosystème, mais surtout pour la vie humaine. Ces observations sur la présence des hydrocarbures dans le milieu naturel sont strictement liées à l’élimination de ces composés organiques dangereux.

La législation exige le traitement des milieux naturels et opérationnels à l’égard d’une forte concentration de ce composé polluant chronique à priori très cancérigène. A ce propos, il existe diverses techniques permettant l’élimination des composés organiques de ce type à savoir des procédés physiques, des procédés chimiques et des procèdes biologiques.

BOUES ET SOLS POLLUÉS 

Les boues sont considérées comme des résidus, retirés de la phase liquide, d’origine organique ou minérale, solide, liquide ou pâteuse. Cependant, les boues sont constituées en général par de la matière organique (des polysaccharides, des protéines et des acides aminés, etc.), d’éléments fertilisants (le soufre , l’azote, le phosphore, etc.), de contaminants chimiques organiques et inorganiques (les hydrocarbures, les poly chlorobenzènes, les éléments en traces métalliques comme le cuivre, le zinc, le chrome, le mercure, le nickel, etc.), des microorganismes pathogènes ou non (les virus, les bactéries, les protozoaires, les champignons, les helminthes, etc.).

Caractéristiques des boues

Selon Chassande C et al. en 2000, une boue est caractérisée par :
▶ La concentration en éléments polluants,
▶ Le pH,
▶ La concentration en matière sèche (MS) exprimée en g/L pour les boues liquides, ou en siccité (% en poids de MS).

En considérant la relation matière sèche/eau, plusieurs classes des boues sont distinguées, à savoir :
✔ boues organiques hydrophiles,
✔ boues huileuses hydrophiles (raffinerie, mécanique),
✔ boues huileuses hydrophobes (laminage),
✔ boues minérales hydrophiles (eaux superficielles, traitement de surface, tannerie),
✔ boues minérales hydrophobes (forage, eaux superficielles, lavage de gaz),
✔ boues fibreuses (papeterie, …) .

Différents types de boues

Les boues constituent des déchets, quelques soient leurs caractéristiques (Chassande C et al. en 2000) telles :
– Les boues de station d’épuration industrielle physico chimique,
– Les boues d’hydrocarbures et de fond de cuve issues du curage de cuves à fioul inutilisées,
– Les boues de curage des séparateurs d’hydrocarbures, débourbeurs, dégraisseurs situés, notamment, en prétraitement avant le rejet en milieu naturel et/ou dans les réseaux des eaux pluviales,
– Les boues de station d’épuration urbaine ou d’industrie agroalimentaire issues du traitement biologique des effluents non conformes pour être épandues,
– Les boues de curage et de matières de vidanges non épandables sont issues de l’entretien des réseaux d’assainissement urbains et industriels (curage des réseaux) ou des installations d’assainissement autonome (fosse septique),
– Les boues d’usinage dangereuses issues du raffinage du pétrole.
– Les boues provenant du traitement in situ des effluents contenant des substances toxiques.

Utilisation des boues traitées

Le traitement des boues apporte de nombreux avantages, non seulement en tant qu’intérêts économiques sur la valorisation agricole (épandage agricole) mais surtout en intérêts environnementaux.

Sols pollués

Du point de vue environnemental, un sol pollué contient une concentration anormale de substances chimiques potentiellement dangereuses autant pour la vie humaine que pour la faune et la flore. Quand les polluants chimiques sont présents à la surface des sols, il est probable qu’en contact avec le sol ils subissent une grande variété de mécanismes d’élimination comme l’évaporation, la photo décomposition, l’adsorption, la percolation, la dégradation bactérienne (DE BORGER R et al), etc. par conséquent, il peut y avoir de variation de composition chimique en ce qui concerne les éléments majeurs du sol. Les métaux, par exemple, sont retenus dans l’horizon superficiel, soit par insolubilisations, soit par fixation sur le complexe d’échange du sol. Parallèlement à cela, un site pollué présente une répercussion susceptible de provoquer une nuisance ou un risque pérenne pour l’environnement.

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LES HYDROCARBURES

Les hydrocarbures sont des composés organiques provenant de la distillation du pétrole brute, contenant essentiellement des atomes de carbone C et d’hydrogène H et possédant une formule brute de type CnHm, où n et m sont deux entiers naturels. Les hydrocarbures sont inflammables, ils servent de combustibles ou carburants, lubrifiants ou diluants. Il n’existe toujours pas de norme restrictive sur ce type de polluant.

Les différents types d’hydrocarbures

Il existe cinq types d’hydrocarbures : les hydrocarbures aliphatiques (CH4, C3H8, C2H6…), les hydrocarbures alicycliques (cycloalcanes, cycloalcènes, terpènes C10H16 …), les hydrocarbures aromatiques simples (benzène, alkyl benzène..), les hydrocarbures aromatiques polycycliques (naphtalène, acénaphtylène…), les hydrocarbures aromatiques soufrés (thiophènes).

Les hydrocarbures sont utilisés pour la synthèse de nombreux matériaux comme les bitumes et asphaltes, polymères (matières plastiques, fibres synthétiques (Nylon)), résines de synthèse, solvants (peintures, colles,…), engrais, pesticides, produits pharmaceutiques, détergents et détachants, produits d’hygiène et cosmétiques. En particulier dans le cas des produits pétroliers, ils sont des mélanges complexes pouvant contenir des centaines d’hydrocarbures différents, ayant des concentrations variables et dont plusieurs sont non identifiés. Par exemple : la composition de l’essence fraîche varie selon l’origine du pétrole brut de départ et le procédé de fabrication; plusieurs centaines de produits différents, allant du propane aux composés aromatiques ayant dix carbones, de même que certains additifs peuvent en faire partie. Bien que les produits pétroliers contiennent des traces de composés polaires, tels que les mercaptans, les alcools, les phénols, les indoles, les pyrroles, etc., ils sont constitués majoritairement d’hydrocarbures non polaires. Lorsqu’ils sont rejetés dans l’environnement, leurs constituants sont altérés par des mécanismes de biodégradation, d’évaporation, de lixiviation. Les hydrocarbures ont une solubilité variable dans l’eau et sont plus au moins réactifs vis-à-vis de l’acide sulfurique.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I. BOUES ET SOLS POLLUÉS
I-1- CARACTERISTIQUES DES BOUES
I.2. DIFFERENTS TYPES DE BOUES
I.3.UTILISATION DES BOUES TRAITEES
I.4.SOLS POLLUES
CHAPITRE II. LES HYDROCARBURES
II.1. LES DIFFERENTS TYPES D’HYDROCARBURES
II.2.TOXICITE DES HYDROCARBURES
II.3. LES HYDROCARBURES AROMATIQUES POLYCYCLIQUES HAP
II.3.1. Structures
II.3.2. Origine et toxicité des hydrocarbures aromatiques polycycliques
II.3.2.1. Origine des hydrocarbures aromatiques polycycliques
II.3.2.2. Toxicité des hydrocarbures aromatiques polycycliques
II.4. MOUVEMENT DES HYDROCARBURES DANS LE SOL ET DANS LES NAPPES
II.4.1. Élément caractéristique du sol
II.4.1.1. Porosité
II.4.1.2. Nature de l’eau circulant dans le sol
II.4.1.3. Teneur en eau dans le sol
II.4.1.4.Perméabilité
II.4.2. Processus de transfert des hydrocarbures du sol vers les nappes
II.4.2.1. Aspect Qualitatif
II.4.2.2. Aspect Quantitatif
II.4.2.2.1. Perméabilité
II.4.2.2.2. Rétention primaire
II.4.2.2.3. Profondeur maximale de la pénétration des hydrocarbures
II.4.3. Mécanisme physico-chimique lié au transfert des HAP dans le sol
II.4.3.1. Notion de solubilité
II.4.3.2. Notion de sorption et de désorption
II.4.3.3. Mobilité des HAP dans le sol
II.5. ORIGINES DE LA POLLUTION DE SOL
II.5.1. Matières dangereuses
II.5.2. Contexte à Madagascar
II.5.3. Conclusion
CHAPITRE III. VOIES D’ELIMINATION DES HYDROCARBURES
III.1. PROCEDURES DE TRAITEMENT
III.2.1.Traitements chimiques
III.2.2. Biodégradation
III.2.2.1. Biodégradation des hydrocarbures aliphatiques
III.2.2.1.1. Hydrocarbures aliphatiques à chaine linéaire
III.2.2.1.2. Biodégradation des hydrocarbures aliphatiques cycliques
III.2.2.2. Biodégradation des hydrocarbures aromatiques polycycliques
III.2.2.2.1. Biodégradation aérobie des hydrocarbures aromatiques polycycliques
III.2.2.2.1.1. Biodégradation par les bactéries
III.2.2.2.1.1.1. Processus de biodégradation de naphtalène
III.2.2.2.1.1.2. Processus de biodégradation des HAP à trois cycles comme l’acénaphtylène, le Fluorène, l’anthracène et le phénanthrène
III.2.2.2.1.1.3. Processus de biodégradation des HAP de gros poids moléculaire (le fluoranthène, le pyrène, le benzo[a]anthracène, le chrysène, le benzo[a]pyrène)
III.2.2.2.1.2. Biodégradation par les champignons
III.2.2.2.2. Biodégradation anaérobie des HAP
III.2.2.2.3. Facteurs intervenant dans la biodégradation des HAP
III.2.2.2.3.1. Biodisponibilité des HAP
III.2.2.2.3.2. Phénomènes d’accession du microorganisme aux HAP
III.2.2.3. Cinétique de biodégradation
III.2.2.3.1. Modèle de MONOD
III.2.2.3.1.1. Équation de Michaelis et Menten
III.2.2.3.1.2. Modèle de MONOD
III.2.2.3.2. Modèle de biodégradation instantanée
III.2.2.3.3. Modèle de biodégradation de premier ordre (Suthersan SS, 1999)
III.2.2.3.4. Conclusion
CONCLUSION GENERALE

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