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Les Hydrocarbures
Définition
Les hydrocarbures sont des composés exclusivement d’atomes de carbone (C) et d’hydrogène (H). Il s’agit de composés organiques de formule brute : Cn Hm où n et m sont des entiers naturels. De par leur abondance naturelle, ils font partie des produits chimiques les plus importants pour l’humanité et sont notamment utilisés comme source d’énergie primaire (FRANAENNEC et al , 1998).
Classification
Les hydrocarbures constituent la fraction la plus importante d’un brut pétrolier, ils représentent entre 65 et 95 % de la plupart des pétroles bruts. Ces hydrocarbures peuvent être classés en quatre familles principales qui sont présentes en proportions variables selon leur origine: les hydrocarbures saturés (30 à 70 %), les hydrocarbures aromatiques et polyaromatiques (20 à 40 %), les composés polaires (5 à 25 %) et les asphaltènes (0 à 10 %) (SOLTANI, 2004).
Hydrocarbures saturés
Les alcanes linéaires
Les alcanes linéaires ou les paraffines sont des hydrocarbures à chaines linéaires saturées comme l’hexane (C6H14) ou l’heptane (C7H16). Ils constituent une des classes les plus abondantes (10 à 40%) des hydrocarbures dans un brut de pétrole (GUERMOUCHE, 2014).
Les alcanes ramifiés
Les alcanes ramifiés les plus abondants sont les iso-alcanes (groupement méthyle en position 2). Les autres composés ramifiés antéiso (groupement méthyle en position 3) ou polyramifiés tels que les isoprénoïdes (exemple: pristane, phytane) sont beaucoup moins nombreux. Ces composés se trouvent dans le pétrole brut à des proportions sensiblement égales à celles des nalcanes (GUERMOUCHE, 2014).
Cycloalcanes
Les cycloalcanes renferment des composés cycliques (5 ou 6 atomes de carbone), saturés et le plus souvent substitués. Quelques dérivés polycycliques sont aussi présents et certains d’entre eux tels les stéranes et les triterpanes sont caractéristiques d’un pétrole brut. Cette famille peut représenter entre 30 et 50 % des hydrocarbures totaux d’un pétrole brut (GUERMOUCHE, 2014).
Hydrocarbures aromatiques
Plusieurs familles d’hydrocarbures aromatiques et polyaromatiques dont le nombre de noyaux varie de 2 à 6 sont présentes dans les pétroles bruts. Ces composés sont dominés par des composés mono- , di – et tri-aromatiques.
En général, les hydrocarbures aromatiques sont moins abondants que les alcanes, et ne représentent que 10 à 30 % des hydrocarbures totaux d’un brut pétrolier (SOLTANI, 2004).
Composés polaires
Cette fraction correspond à des molécules hétérocycliques, telles que:
◆ des composés oxygénés: phénols, acides carboxyliques, alcools, aldéhydes,… ;
◆ des composés soufrés: mercaptans, sulfures, disulfures,… ;
◆ des composés azotés: pyridines, quinoléines,… .
Les dérivés soufrés sont dans la plupart des cas plus abondants que les composés oxygénés ou azotés (GUERMOUCHE, 2014).
Asphaltènes
Les asphaltènes correspondent à une classe de composés de hauts poids moléculaires, insolubles dans le pentane ou l’hexane. La structure de ces composés est mal connue du fait, d’une part de leur composition chimique complexe (à base de cycles aromatiques condensés, de naphtéo-aromatiques, de ramifications et d’hétéroatomes (O, N, S), et d’autre part de méthodes analytiques difficilement utilisables.
Les Hydrocarbures et l’environnement
Origine de la pollution
La présence des hydrocarbures dans l’environnement est très diversifiée, mais la principale cause est anthropique. Les activités humaines passées ou présentes, et en particulier les activités industrielles, agricoles, domestiques libèrent dans l’environnement une grande variété de substances potentiellement dangereuses, appelées globalement contaminants ou polluants. Ces substances sont rejetées vers les milieux de transfert et d’exploitation qui sont l’air, l’eau et le sol.
Le devenir des hydrocarbures dans l’environnement
Les hydrocarbures déversés dans l’environnement peuvent subir différentes altérations biotiques et abiotiques, induites par des processus chimiques physiques et biologiques. Ainsi, ils vont le déplacer, le transformer ou bien l’éliminer (MAES et al, sd).
Les risques environnementaux causés par la pollution des sols par les hydrocarbures
Du fait de l’utilisation massive des produits pétroliers, les hydrocarbures constituent les polluants organiques les plus fréquents des sols (VANDECASTEELE, 2005). Le comportement et la migration des hydrocarbures dans le sol sont influencés par différents processus ; il s’agit essentiellement des :
• Réactions d’échange (volatilisation, adsorption-désorption, complexation, dissolutionprécipitation…) entre les phases solides (constituants minéraux et organiques du sol), liquide (eau interstitielle) et gazeuse (porosité non remplie d’eau) du sol ;
• Réactions de dégradation : photolyse, hydrolyse chimique, biodégradation ;
• Phénomènes de transfert des polluants et de leurs produits de dégradation vers l’atmosphère par volatilisation, vers les eaux de surface par ruissellement, vers les eaux souterraines par lixiviation ou écoulement gravitaire, et vers les plantes par absorption racinaire (MAES et al., ; LEMIERE et al., 2001).
Effets des hydrocarbures sur l’environnement et la santé
L’un des problèmes majeurs et continus de l’environnement est la contamination par les hydrocarbures résultant des activités liées aux pétroliers et du pétrole. La contamination des sols par les hydrocarbures provoque des dégâts des systèmes locaux, puisque l’accumulation de polluants dans les animaux et des plantes peut causer la mort des êtres vivants ou des mutations (JAMES et al. , 2012).
Les hydrocarbures sont classés parmi les produits chimiques organiques dangereux dont certains de leurs effets toxiques sont reconnus comme fortement cancérigènes, génotoxiques, immunotoxiques, mutagéniques. Ils représentent une menace pour la santé publique (ERIKSSON et al. , 2003). Chez l’homme, les hydrocarbures polyaromatiques deviennent toxiques après une oxydation enzymatique, provoquant la formation des métabolites électrophiles solubles. Ces métabolites peuvent alors avoir un impact négatif sur les acides nucléiques ainsi que sur les protéines. Ce qui implique un dérèglement de la division cellulaire donnant ainsi la formation de tumeurs (SZELIGA et DIPPLE, 1998). Ils sont généralement groupés selon la liste de l’agence américaine pour la protection de l’environnement (US E.P.A.) des polluants prioritaires . Cette liste contient des produits, dont la taille varie de 2 à 6 noyaux benzéniques cancérigènes ou suspectés de l’être (Andrews et al., 1978 ; Sims et al., 1988 ; Fujikawa et al., 1993).
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Table des matières
INTRODUCTION
Partie I : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
I. Les Hydrocarbures
I.1. Définition
I.2. Classification
I.2.1. Hydrocarbures saturés
I.2.1.1. Les alcanes linéaires
I.2.1.2. Les alcanes ramifiés
I.2.1.3. Cycloalcanes
I.2.2. Hydrocarbures aromatiques
I.2.3. Composés polaires
I.2.4. Asphaltènes
I.3. Les Hydrocarbures et l’environnement
I.3.1. Origine de la pollution
I.3.2. Les différents types de pollution
I.3.3. Le devenir des hydrocarbures dans l’environnement
I.3.4. Les risques environnementaux causés par la pollution des sols par les hydrocarbures
I.3.5. Effets des hydrocarbures sur l’environnement et la santé
I.3.6. Traitements des sols pollués par les hydrocarbures
II. Bioremédiation des hydrocarbures
II.1. Traitements biologiques
II.1.1 Définition
II.2. Principe de la bioremédiation
II.3. Types de biodégradation
II.3.1. Biodégradation aérobie
II.3.2. Biodégradation anaérobie
II.4. Les microoganismes dépolluants le sol
II.5. Les facteurs influençant la biodégradation
II.6. Les méthodes de bioremédiation
II.6.1. Bioaugmentation
II.6.2. Biostimulation
II.6.3. Atténuation naturelle
III. Rhodococcus
III.1. Taxonomie des Rhodococcus
III.2. Caractères généraux de Rhodococcus
III.2.1. Bioremèdiation des hydrocarbures par Rhodococcus
Partie 2 : MATERIELS ET METHODES
I. Matériels
I.1. Matériels d’expérimentation
I.2. Souches microbiennes
I.3. Matériels de laboratoire
II. Méthodes
II.1. Echantillonnage des microorganismes
II.1.1. Méthodes
II.2. Isolement
II.2.1. Préparations de la suspension mère
II.2.2. Ensemencement de la suspension mère
II.2.3. Observation
II.3. Purification
II.4. Conservation des souches
II.5. Identification des souches
II.5.1. Etude des caractères culturaux et morphologiques
II.5.1.1. Etude des caractères macroscopique
II.5.1.2. Etude des caractères microscopiques
II.5.1.2.1. Examen à l’état frais
II.5.1.2.2. Coloration GRAM
II.5.1.3. L’étude des caractères physiologiques
II.5.1.3.1. Type respiratoire
II.5.1.3.2. Recherche de la catalase
II.5.1.4. Etudes des caractères biochimiques
II.5.1.4.1. Milieu Hajna Kligler
II.5.1.4.2. Milieu Citrate Simmons
II.5.1.4.3. Milieu Lysine fer
II.5.1.4.4. Mannitol mobilité nitrate
II.5.1.4.5. Auxanogramme de carbone
III. Bioremediaion des hydrocarbures par Rhodococcus erythropolis
III.1. Description du microcosme
III.1.1. Sol
III.1.2. Hydrocarbures
III.1.3. Inoculum bactérien
III.1.4. Milieu expérimental
III.2. Méthodes analytiques
III.2.1. Dosage des hydrocarbures résiduels dans le sol
III.2.1.1. Principe
III.2.1.2. Méthodes
III.2.1.2.1. Extraction des hydrocarbures résiduels
III.2.1.2.2. Le taux de dégradabilité
III.2.1.2.3. Mode de calcul pour le dénombrement
Partie 3 : RESULTATS ET DISCUSSIONS
I. Résultats
I.1. Isolement
I.2. Purification
I.3. Conservation
I.4. Identification
I.5. Etude des caractères culturaux
I.6. Etudes des caractères morphologiques
I.7. Etudes des caractères physiologiques
I.7.1. Type respiratoire
I.7.2. Recherche de la catalase
I.8. Etude des caractères biochimiques
I.8.1. Test sur milieu Hajna-Kligler
I.8.2. Test sur Citrate Simmons
I.8.3. Test sur Lysine-Fer
I.8.4. Test sur milieu Mannitol Mobilité Nitrate
I.8.5. Métabolisme glucidique
II. Bioremédiation et dégradation des hydrocarbures résiduels
II.1. Teneurs des hydrocarbures résiduels
II.2. Evaluation du taux de dégradabilité
III. Discussions
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
ANNEXES
RESUME
