LA BIOREMEDIATION

Avec l’accélération du développement économique, l’homme est de plus en plus responsable de la pollution de l’environnement. La diversité des produits d’origine industrielle conduit à une augmentation considérable du nombre de substances totalement étrangères au monde vivant, dites xénobiotiques. Certains de ces polluants ont contaminé les sols et proviennent des décharges, des installations industrielles, comme conséquence d’accidents de transport ou encore par le biais des rejets urbains et industriels ou en raison de pratiques agricoles (Abdelli (2007)

Définition

La bioremédiation, c’est-à-dire l’emploi de procédés biologiques pour éliminer les polluants industriels qui contaminent le cycle biogéochimique des substances naturelles, est une option avantageuse pour diminuer la pression exercée sur l’environnement. La bioremédiationconsiste à utiliser des systèmes biologiques pour réduire le niveau de pollution présents dans l’air, l’eau ou le sol (Abdelli, 2007). Selon Roger et Jacq (2000), la bioremédiation désigne un ensemble de techniques mettant en œuvre des procédés de biodépollution des sites contaminés (sol, sédiments, eaux de surface, ou souterraines). Ces techniques sont utilisées pour réduire la toxicité, la mobilité ou le volume d’un contaminant dans le milieu, et font appel à l’utilisation de champignons, de bactéries en inoculant des micro-organismes spécifiques (bioaugmentation) ou en stimulant l’activitéde populations microbiennes indigènes, par biostimulation, par apport de nutriments et par ajustement des conditions de milieu (potentiel d’oxydoréduction, humidité). La bioremédiation ne peut être utilisée pour confiner un volume d’eau où de sol pollué. Elle peut s’effectuer directement dans l’environnement pollué (in situ) ou après transfert de l’agent polluant (ex situ). La bioremédiation est donc réalisée par de multiples réactions de dégradation de la part de la microflore microbienne présente dans le milieu (Roger et Jacq (2000), 

Les différentes techniques utilisées dans les processus de bioremédiation

La bioremédiation est un ensemble de techniques mettant en œuvre des procédés de biodépollution, utilisables pour réduire la toxicité, la mobilité ou le volume d’un contaminant  dans les sols, le sous-sol, les eaux et les effluents gazeux. Elle ne peut être utilisée pour confiner un volume d’eau ou de sol pollué. Elle peut s’effectuer directement dans l’environnement pollué (insitu) ou après transfert de l’agent polluant (ex situ). Ex situ La mise en œuvre de ces techniques passe par l’extraction soit du polluant, soit du polluant et du matériau contaminé, et leur traitement dans des dispositifs clos ou semi-clos. Les effluents liquides ou gazeux pollués sont traités dans des bioréacteurs (réacteurs,digesteurs, biofiltres, biolaveurs, etc…) Les sols contaminés sont excavés, puis traités suivants des procédés adaptés (compostage,traitement sous forme de boues, etc.). Les principalestechnologies utilisées dans la bioremédiation sont les suivantes : 

La bioaugmentation

Cette technologie consiste à introduire des cultures de microorganismes à la surface du milieu contaminé dans l’objectif d’augmenter la biodégradation des contaminants organiques. Généralement les microorganismes sont sélectionnés sur la base de leur aptitude à dégrader les composés organiques présents dans le site à dépolluer. La culture peut comprendre une ou plusieurs espèces de microorganismes. Des éléments nutritifs sont généralement apportés dans la solution contenant les microorganismes. Cette suspension de microorganisme est apporté à la surface du sol dans les conditions naturelles ou injecte dans le site contaminé sous pression ( Davet, 1998)

La biofiltration

Elle consiste à l’utilisation d’un biofiltre pour traiter les émissions gazeuses : Le principe consiste à utiliser des microorganismes pour dégrader les polluants contenus dans l’air à traiter : la phase aqueuse (l’air contaminé) est mise en contact avec une phase aqueuse dans laquelle se développe la population microbienne, connue aussi sous le nom de la biomasse. Dans une unité de biofiltration, l’air à épurer (à dépolluer) traverse d’abord un filtre et un humidificateur afin de supprimer les particules (poussières, graisses) présentes dans le gaz et d’amener le niveau d’humidité à 100%. L’air est ensuite introduit dans un réacteur (une cuve) contenant un garnissage formé de matériaux très poreux (très avide pour l’humidité). A la surface des particules qui constituent le garnissage se trouve un biofilm qui correspond à une pellicule d’eau contenant des microorganismes (bactéries et champignons) dont la fonction est de dégrader les polluants présents dans l’air à traiter. Cette technologie est par exemple  utilisée pour traiter l’air pollué par le xylène ou par des composés azotés (Roger et Jacq (2000). 

La biostimulation

La biostimulation consiste à stimuler l’activité des populations microbiennes indigènes (présentes dans le sol ou dans les eaux souterraines) par apport de nutriments et par ajustement des conditions du milieu (potentiel d’oxydo-réduction, humidité). 

Le compostage

Le compostage peut être défini comme un procédé biologique contrôlé qui assure la transformation et la valorisation des matières organiques (sous produits de la biomasse, déchets organiques d’origine biologique) en un produit stabilisé, hygiénique, semblable à un terreau riche en composés humiques le compost. C’est la fermentation des ordures ménagères organiques (résidus alimentaires) et des déchets verts (feuillages, résidus de jardinage) afin de produire un compost réutilisable en agriculture ou dans le jardin pour fertiliser la terre. L’aération et l’humidité sont deux éléments indispensables pour entretenir les conditions d’une bonne fermentation. Le compostage peut se faire chez soi ou collectivement par des procédés industriels (Abdelli, 2007).

La biolixiviation

Il s’agit de la lixiviation favorisée par la voie biologique (généralement bactérienne). Elle correspond à une méthodologie de solubilisation des métaux lourds grâce à des bactéries acidophiles fonctionnant en présence ou en l’absence d’oxygène. Deux facteurs sont importants pour la biolixiviation : la température qui doit être comprise entre 25 et 35 °C. La taille des particules qui doivent être très proches de celle des bactéries. De nombreux agents polluants et pesticides peuvent être transformés ou décomposés à la fois par des réactions physico-chimiques et biologiques. Toutefois décomposition et transformations sont généralement plus rapides dans des environnements comportant une microflore que dans les environnements stériles. Les méthodes biologiques faisant appel aux microorganismes dépolluants ont prouvé leur efficacité pour les polluants organiques : dépollution biologique de l’air, des eaux usées, des milieux mains et des sites pollués par les hydrocarbures polycycliques, les composés chlorés ou les explosifs. 

Les critères de sélection des souches microbiennes aptes pour la biorémediation

L’intervention des microbiologistes tend à augmenter les populations de microorganismes dégradant l’agent polluant pour en accélérer la dégradation et peut prendre deux formes : Le renforcement des populations autochtones aptes à dégrader l’agent polluant par apportd’éléments nutritifs et modification des conditions de milieu, afin de diminuer la durée de la phase d’acclimatation (ou de latence) et leur permettre de dégrader plus rapidement le contaminant. Cette optimisation repose sur plusieurs critères

 Adaptation et phase de latence

L’implication des microorganismes dans la dégradation des polluants est indirectementétablie par l’existence d’une phase de latence suivie d’une disparition plus rapide correspondant à une adaptation de la microflore et au fait que l’application répétée d’un polluant ou d’un pesticide provoque assez fréquemment un raccourcissement de la phase de latence. Avant le démarrage de la dégradation d’un polluant, on note généralement une période delatence qui correspond à une phase d’adaptation de la microflore. La liste des composés pourlesquels une telle phase a été rapportée est longue et comprend des herbicides (2,4-D, MCPA, Mecoprop, TCA, amitrole, dalapon, monuron, chlorpropham…), des insecticides (methyl parathion, azinphosmethyl), des aromatiques polycycliques (naphtalène, anthracène), et des produits divers tels que le phénol, des chlorophénols, des chlorobenzènes etc. La durée de la phase de latence peut varier dans de larges limites entre une heure et plusieursmois. Elle varie avec la nature des produits mais également avec leur concentration et les conditions environnementales. Elle est souvent très longue pour les molécules chlorées en anaérobiose. Actuellement il n’existe aucune méthode permettant de prédire la durée de la phase delatence de la biodégradation d’un composé dans un environnement donné. Lors d’une seconde addition de polluant on observe généralement une diminution ou mêmeune disparition de la phase de latence mais ceci n’est pas une règle absolue. Un aspect important de cette adaptation de la microflore est une diminution de l’efficience de certains pesticides.

 Spécificité et non spécificité polluant/ genre microbien

Les données actuelles identifiant les microorganismes dégradant un polluant ou les différents polluants pouvant être dégradés par un même microorganisme ne sont pas extrêmement nombreuses. Les données disponibles indiquent cependant que la spécificité polluant /espèce ou genre microbien n’est, dans certains cas, pas très marquée. Par exemple, un même pesticide peut être dégradé par différents microorganismes et réciproquement un même microorganisme peut dégrader un nombre élevé de substrats. La spécificité microbienne est bien entendu corrélée avec la spécificité enzymatique. Un casbien étudié de faible spécificité enzymatique est celui des méthane-mono-oxygénases (MMO). Des préparations brutes de la MMOs de Methylococcuscapsulatuscatalysent l’incorporation d’un oxygène diatomique dans un spectre très large de substrats, permettant à cet organisme de dégrader des alcanes, haloalcanes, alcènes, éthers et autres composés alicycliques, aromatiques et hétérocycliques (Lottoetal., 2004). Les MMO solubles et membranaires des bactéries méthanotrophes peuvent dégrader deshydrocarbures saturés, insaturés, linéaires, branchés ou cycliques (benzène, toluène, styrène,naphtalène) et jusqu’à environ 8 atomes de carbone, des alcools et des crésols 

Seuils inférieurs et supérieurs

De nombreux polluants sont présents à de très faibles concentrations dans les sols et leseaux. Ils n’en restent pas moins dangereux, en particulier en raison des phénomènes debioconcentration. L’étude des problèmes liés à la dégradation de composés présents à de très faibles concentrations est relativement récente et a mis en évidence l’existence d’un seuil inférieur en deçà duquel la microflore ne peut plus se multiplier et aucune dégradation n’est observée. A l’opposé, une concentration trop élevée en polluants peut causer une inhibition de la microflore (Agarwal et al., 1998).