La bioremédiation désigne un ensemble de techniques utilisant l'activité d'organismes vivants (notamment des bactéries, champignons, plantes, ou algues) pour la décontamination de milieux pollués. Ces techniques tirent parti de la capacité de certains organismes à dégrader, adsorber ou accumuler des substances polluantes dans le but de diminuer leurs effets néfastes sur la santé ou l'environnement. Les contaminants concernés peuvent par exemple être des métaux lourds, des hydrocarbures, ou des polluants dits émergents comme les PFAS ou les produits pharmaceutiques.
Introduction Empiler et humidifier des résidus organiques permet la décomposition biologique : un processus connu comme le compostage de déchets organiques. La technologie a été étendue pour inclure le traitement de déchets alimentaires, de déchets agricoles et d'eaux usées. Plus récemment, la bioremédiation a été appliquée au traitement de déchets dangereux. L'idée est de permettre la remédiation des sols pollués et des eaux usées.
Techniques de bioremédiation Atténuation naturelle contrôlée L'atténuation naturelle contrôlée consiste en un suivi passif de la diminution des teneurs en polluants par le biais des processus naturels, soit par dispersion, absorption, volatilisation ou biodégradation par les microorganismes naturellement présents dans le milieu. La cartographie de l'étendue de la contamination et le suivi de son évolution dans le temps peuvent se faire grâce à des mesures de concentration dans le milieu, par exemple via des puits de contrôle dans le cas d'une pollution d'eaux souterraines. Bioaugmentation Principe La bioaugmentation est une technique mettant en œuvre des micro-organismes (généralement des bactéries, nématodes, protozoaires, champignons) afin de traiter des zones touchées (sol et eau) par divers polluants carbonés, azotés ou phosphorés.
Les micro-organismes déjà présents dans les sols ou l’eau ne sont pas capables de dépolluer, c’est pourquoi l’utilisation de micro-organismes extérieurs est nécessaire. Il est possible que des modifications génétiques soient apportées aux souches inoculées afin d’améliorer ou de permettre la dépollution. L’utilisation de la bioaugmentation a pour exemple principal le traitement des eaux des villes par des boues actives (stations d’épuration).
Les micro-organismes présents dans ces boues vont utiliser les polluants comme source d’énergie ainsi que de l’oxygène, c’est pourquoi il est nécessaire d’aérer les boues activées afin de permettre la survie et la croissance des micro-organismes.
Méthode Ajout direct de micro-organismes pouvant décomposer les contaminants et en accélérer la destruction.
Techniques de biostimulation Bioventing
Principe Le venting est un procédé adapté au sol perméable (sableux) et principalement pour la dépollution des composés volatils. Le sol est mis en dépression par aspiration, l’air humide provenant du sol est alors aspiré, passé par une chambre de condensation et ensuite passé par un biofiltre (support bactérien) ou sur charbon actif où les polluants seront alors dégradés. L’air est ensuite contrôlé et rejeté à l’extérieur.
Le bioventing est une variante du venting. Dans ce procédé, en plus de la ventilation classique on réalise une aération forcée du sol non saturé, cette circulation d’air amène un apport d’oxygène ce qui favorise le développement des micro-organismes présents dans la terre et donc la dégradation des polluants.
Applicabilité Ce procédé est utilisé de préférence dans la zone vadose lorsque celle-ci se compose de matériaux perméables à semi-perméables comme le sable, le gravier, le limon grossier. Les polluants potentiellement concernés par le bioventing sont les COV et les SCOV.
Certains solvants chlorés comme le TCE, le TCA, le DCE peuvent être dégradés par cométabolisme.
Dans la zone non saturée, le traitement par extraction sous pression réduite ne s’adresse qu'aux polluants en équilibre entre la phase solide et la phase gazeuse et éventuellement la phase dissoute. Une phase liquide non aqueuse peut également être concernée par ce traitement si elle est uniquement constituée de composés organiques volatils.
Une pollution constituée par la partie d’une phase organique libre retenue par le sol lors de sa migration en profondeur, peut être aussi à l’origine d’une saturation des pores. La présence d’une telle phase peut limiter très fortement l’efficacité du traitement en diminuant la perméabilité de la zone, l’air aura tendance à contourner cette zone.
Maturité Cette technique est couramment employée sur les sites présentant des hydrocarbures volatils à semi-volatils biodégradables. Cette technique est utilisée par la majorité des acteurs. La maîtrise et la fiabilité de cette technique sont étroitement liées à la qualité de l’étude initiale sur la structure du sol et la caractérisation de la pollution.
Efficacité Le rendement de ce procédé varie fortement en fonction des conditions du milieu, il peut dans certains cas atteindre plus de 90%.
La cinétique de biodégradation est le facteur limitant le plus contraignant.
Biosparging
Principe Le biosparging consiste à injecter de l'air dans l'eau souterraine pour volatiliser les polluants de la zone saturée. En parallèle la dissolution d'air dans la phase aqueuse permet d'améliorer la dégradation aérobie de certains polluants. Cette technique est souvent couplée au bioventing.
Applicabilité Cette technique est particulièrement adaptée aux composés facilement biodégradables sur des matériaux perméables à semi-perméables comme le sable, le gravier, le limon grossier.
Elle s'applique aux polluants suivant : BTEX, Carburants pétroliers (pétroles, HAP), COV (TCE, TCA, DCE), COHV, SCOV, SCOHV. D'ailleurs, les molécules de TCE, TCA, et de DCE peuvent être dégradées par cométabolisme via l'injection de méthane notamment.
Maturité Cette technique est couramment employée sur les sites présentant des hydrocarbures volatils à semi-volatils biodégradables. La maîtrise et la fiabilité de cette technique sont étroitement liées à la qualité de l’étude initiale sur la structure du sol et la caractérisation de la pollution.
Efficacité Le rendement de ce procédé varie fortement en fonction des conditions du milieu et du type de polluant ; il peut dans certains cas atteindre plus de 90%.
La cinétique de biodégradation est le facteur limitant le plus contraignant.
Biotertre
Principe Le biotertre (ou biopile) consiste à mettre des sols pollués en tas en vue d’un traitement biologique. Pour ce faire, les sols pollués font généralement l’objet d’un amendement et les conditions dans le biotertre sont contrôlées (aération, ajouts de nutriments …).
Applicabilité Le biotertre s’applique à des sols pollués par les produits pétroliers de type gasoils, fuels, kérosène. Les COHV,SCOV, pesticides, certaines coupes pétrolières lourdes (HAP, huiles organiques …) peuvent aussi, dans certaines conditions, être traités mais avec des rendements épuratoires plus faibles.
Les traitements en biotertre s’appliquent de préférence à des pollutions inférieures à 15-20 000 mg/kg de d'hydrocarbures pour les produits pétroliers « classiques ».
Maturité Cette technique est couramment employée sur les sites présentant des hydrocarbures volatils à semi-volatils biodégradables. Le biotertre est très largement utilisé pour les dépollutions en site. Les biocentres (centres de traitement biologique) sont environ une vingtaine en France.
Description Le procédé nécessite au préalable une excavation. Les sols pollués sont mélangés avec un amendement (agent structurant) et sont par la suite dirigés vers une aire de traitement contenant au moins un système de collecte de lixiviats et des unités d’aération (extraction ou insufflation d’air) afin d’optimiser le transfert de l’oxygène et la stimulation de la biodégradation. La biodégradation est contrôlée (température, taux d’humidité, nutriments, oxygène, pH).
Les biotertres sont le plus souvent recouverts par une géomembrane imperméable afin de limiter les infiltrations d’eaux pluviales, la volatilisation des polluants, le maintien/l’augmentation de la température. Les lixiviats sont en partie recyclés et en partie traités sur site avant d’être rejetés. Les rejets atmosphériques sont traités si nécessaire (présence de COV notamment).
La dégradation biologique est, la plupart du temps, réalisée par biostimulation.
D'une manière générale, les tas ne dépassent pas 3 m de hauteur afin d’éviter le compactage et une trop grande déstructuration.
Efficacité Le rendement de ce procédé varie fortement en fonction des conditions du milieu ; il peut dans certains cas atteindre plus de 90% si le temps de traitement est suffisamment long.
Bioslurping Le Bioslurping consiste à créer une dépression à l'interface entre le polluant flottant et la nappe. Le polluant peut être ainsi extrait pour traitement et dégradation hors-site
Traitement biologique aérobie in situ Ce traitement consiste à aérer des parties polluées (sols pauvres en ) par injection ou aspersion d'une solution riche en oxygène et en nutriments. La solution injectée ou aspergée va favoriser les phénomènes de cométabolisme.
Utilisation des bactéries et des micro-organismes Bactérie dégradant les nitrates La bactérie Pseudomonas halodenitrificans est capable de dégrader les nitrates. Ces derniers, utilisés en agriculture sous forme d'engrais, deviennent une menace pour la qualité de l'eau lorsqu'ils sont répandus dans l'environnement. La bactérie est capable pour respirer d'utiliser des nitrates qu'elle transforme par réduction en azote moléculaire, élément gazeux inerte, qui retourne dans l'atmosphère et ne présente plus de danger de pollution. Cette capacité à réduire les nitrates en azote moléculaire (dénitrification) est très répandue chez les bactéries. Elle est mise en œuvre dans les stations d'épuration pour éliminer l'azote des eaux usées après une étape de nitrification de l'azote organique et ammoniacal en nitrate.
Micro-organismes contre les mauvaises odeurs Ils sont capables d'éliminer les effluents gazeux simples ou composés organiques volatils (COV) : solvants, composés soufrés et azotés, aldéhydes, cétones, etc dont le principal inconvénient est leur odeur désagréable.
Pour être purifié, l'air pollué traverse un filtre à ruissellement alimenté en continu par un bioréacteur qui contient des micro-organismes spécialisés dans la dégradation de ces polluants. Le rendement est supérieur à 99 % pour les dérivés soufrés. Pour les dérivés azotés, les acides organiques, les aldéhydes / cétones et les autres COV, l'efficacité est supérieure à 80 %. Autre avantage : entièrement biologique, cette technique produit très peu de résidus.
Cette technique s'adresse principalement aux industries agro-alimentaires, aux stations d'épuration et aux centres de traitement des déchets solides.
Quelques exemples Quelques micro-organismes capables de dépolluer : Nitrates : Comamonas, Hyphomicrobium Phosphates : Acinetobacter, Moraxella Pesticides : Enterobacter Dioxines : Brevibacterium Cyanides : Thiobacillus, Rhizoctonia Composés soufrés : Thiobacillus Caoutchouc : Sulfolobus, Rhodococcus, Thiobacillus Huiles, graisses : Pseudomonas, Xanthomonas, Bacillus Hydrocarbures : Acinetobacter, Flavobacterium, Bacillus, Pseudomonas,Achromobacter, Arthrobacter Métaux lourds : Saccharomyces, Rhizopus, Chlorella, Thiobacillus, ZoogloeaLa dépollution des sols par les bactéries, tiré de Biodépol.
Phytoremédiation vignette|550px|Grands principes de la phytorémédiation La phytoremédiation est un procédé basé sur l’utilisation des plantes pour dépolluer un sol. En effet, certaines plantes sont capables de fixer dans leurs cellules des polluants présents dans les sols contaminés. Elles ont la propriété d’accumuler et de tolérer des niveaux extrêmement élevés de métaux, par exemple, dans leurs tissus et dans leurs parties aériennes.