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Estimation des cinétiques de biodégradation des composés organochlorés aliphatiques sur des sites pollués

2014-2015

 

Objectifs et contenu

L’estimation des cinétiques de biodégradation des composés organiques dans les aquifères fait l’objet depuis quelques années d’une attention accrue des acteurs de la gestion des sites pollués, tant en France qu’à l’étranger. Cet intérêt est largement induit par le développement des méthodes relatives :

  • à l’Atténuation Naturelle sous Surveillance (ANS) : certains protocoles demandent de prouver que la biodégradation soit le mécanisme prépondérant de réduction des concentrations en polluants dans le panache pour que l’ANS soit acceptée
  • aux techniques actives de dépollution in situ (en particulier la biodégradation stimulée) : le bilan coût/avantages, le choix et le dimensionnement des techniques biologiques de dépollution nécessitent de connaître les cinétiques de dégradation.

Parmi les polluants d’intérêt, la famille des organo-chlorés aliphatiques, et en particulier les chloroéthènes (PCE, TCE, …), concentre la majorité des travaux de R&D, en raison de son occurrence élevée sur les sites pollués et de la complexité des mécanismes de dégradation (dégradation séquentielle, plusieurs conditions redox, compétition entre accepteurs d’électrons, …). Les verrous principaux tiennent à la nature du mécanisme de biodégradation dans un aquifère : l’estimation directe des cinétiques de biodégradation n’est pas possible en raison du couplage de nombreux mécanismes d’atténuation des concentrations en polluants et de la nécessité d’effectuer des mesures en laboratoire pour estimer des paramètres biologiques. En conséquence, les approches adoptées sont généralement de deux types :

  • mesures en laboratoire, en particulier de paramètres biologiques, avant extrapolation (généralement par modélisation) aux conditions du site
  • estimation indirecte par des approches de type bilan de flux ou de masse sans mesure de paramètres biologiques (cf. guides MACAOH ou ATTENA par exemple).

Dans les deux cas, l’estimation des cinétiques de biodégradation est généralement incertaine.

Dans un tel contexte, un consortium comprenant BURGEAP, l’Ecole Centrale de Lyon (laboratoire AMPERE) et ENOVEO a initié un projet de R&D visant le développement d’une nouvelle méthodologie d’estimation des cinétiques de dégradation des COHV (composés organo-halogénés volatils) fondée sur la q-PCR de l’ARN notamment. Ce projet s’appuie sur des résultats de l’Ecole Centrale de Lyon et d’ENOVEO concernant la mise au point de témoins positifs (production quantitative des séquences d’ADN visées par l’analyse) permettant de quantifier à la fois :

  • l’activité globale des bactéries responsables de la dégradation (mesure de l’ARNr 16S). La q-PCR sur l’ARN permet de mesurer l’activité effective des bactéries capables de dégrader les COHV (mesure de la quantité d’ARN produite pour la production des enzymes)
  • leur activité spécifique (quantification de l’ARNm des gènes de dégradation). A la différence des BTEX, seul un très petit nombre d’enzymes (environ une demi-douzaine) connues aujourd’hui sont capables de dégrader les chloroéthènes. En conséquence, en identifiant en parallèle les enzymes présentes, il est donc formellement possible de déterminer des paramètres spécifiques pour chacune des enzymes (en mesurant l’activité des gènes par quantification de l’ARNm spécifique à chaque enzyme).
     

Le projet est structuré en trois phases :

  • essais en batch : quantification des corrélations entre ARN produite et vitesse de dégradation des COHV en milieu statique
  • essais en colonne de laboratoire : quantification des corrélations entre ARN produite et vitesse de dégradation des COHV en milieu dynamique,
  • essais sur un site industriel : échantillonnage 3D des sols et des eaux, mesures en laboratoire, estimation des cinétiques de dégradation. 

Livrables

Le principal livrable du projet est un rapport  confidentiel comprenant les méthodologies et résultats des travaux menés. Le projet a fait l’objet d’une communication lors d’un colloque ADEME fin 2014.

Compte tenu des résultats prometteurs acquis, un second projet a été initié : ATLANTIDE (Approche inTégrative de la bioLogie moléculaire et du frActionNement isoTopIque pour la Détermination de cinétiquE de biodégradation in situ des éthylènes chlorés, ENOVEO/BURGEAP/ECL/Industriel, 2015-2017). 

Documentation

KASKASSIAN S., MALANDAIN C., GODAIN A., GLEIZE T., SIBOURG O., VOGEL TM., 2014. Estimer les vitesses de biodégradation des chloroéthènes : l’apport des marqueurs microbiologique. 3èmes Rencontres nationales de la recherche sur les sites et sols pollués, 18 et 19 novembre 2014, Paris. 4 p.


 

 

 

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