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POLLUANTS MAJEURS EN MEDITERRANEE
CARACTERISTIQUES DU BASSIN MEDITERRANEEN
La mer Méditerranée est un bassin semi-fermé constituant un espace étroit avec une superficie de 2,6 millions de km2, soit 0,8% de la surface des eaux océaniques. La Méditerranée est entourée de trois continents ; l’Europe, l’Asie et l’Afrique, dont les côtes accueillent 22 pays et plus de 460 millions d’habitants, desquels 130 millions environ, c’est-à-dire 35%, vivent dans les zones côtières (PNUE/PAM-Plan Bleu, 2009). Elle est délimitée par un littoral qui se déroule sur environ 46000 km (EEA, 2006). La mer Méditerranée est quasi fermée dont les seules liaisons sont le détroit de Gibraltar avec l’océan Atlantique, les détroits des Dardanelles et du Bosphore, avec la mer Noire, et le canal de Suez, ouverture artificielle, vers la mer Rouge (Fig. 01). Sa profondeur atteint rapidement plus de 2000 m sur l’ensemble du bassin maritime avec des fosses de plus de 5000 m (OPECST, 2011). Le rapport entre le volume aquatique de la mer Méditerranée et ses débits permet d’estimer un taux de renouvellement total des eaux à une moyenne de 100 ans (OPECST, 2011). Ces mouvements hydriques créent des courants dont la mécanique est liée principalement aux différences de température et de salinité : les eaux les plus salées ou les plus froides circulent en profondeur. La mer Méditerranéenne présente une grande diversité biologique avec plus de 25000 espèces de végétaux, 650 espèces d’animaux marins soit 7 à 8 % des espèces marines connues dont 19 des 80 espèces connues de cétacés.
L’inventaire effectué par la FAO y dénombre 1526 espèces d’utilisation alimentaire dont 240 poissons osseux, 55 crustacés, 51 végétaux marins, 46 bivalves (PNUE/PAM-Plan Bleu, 2009 ; OPECST, 2011). Cette richesse reste cependant fragile, de par l’agression permanente de cet écosystème par les polluants d’origine divers. Les hydrocarbures et les composés d’origine pétrolière, tout particulièrement les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs), sont parmi les contaminants les plus toxiques et les plus abondants dans la nature où ils s’accumulent dans les sédiments. Les zones côtières constituent de véritables réservoirs de polluants menaçant les écosystèmes et la santé humaine. La mer Méditerranée est l’un des bassins semi-fermés les plus pollués au monde. Des millions de tonnes de déchets toxiques sont jetés directement en mer par l’industrie. D’autres facteurs tel que le transport maritime, la pollution urbaine et agricole avec les effets du tourisme contribuent à la dégradation de ce bassin engendrant des effets nuisibles sur la faune et la flore (Grimes, 2003 ; Mille et al., 2007 ; Grimes, 2010). La côte algérienne étant le deuxième plus grand balcon sur la méditerranée après la Libye n’y est pas épargnée.
POLLUANTS MAJEURS EN MEDITERRANEE
La pollution du bassin méditerranéen est causée par les rejets d’origine naturelle ou anthropique arrivant en mer par les fleuves, l’air, le drainage des territoires littoraux ou par rejet direct en mer (navires et émissaires de rejet en mer). Les polluants ont des origines diverses et prennent différentes formes : sacs plastiques, conteneurs tombés d’un navire, nappes d’hydrocarbures, matières organiques, nitrates, métaux lourds, substances pharmaceutiques, pesticides… Synthèse bibliographique 7 Les rivières, les estuaires, les mers côtières et les abysses forment un continuum écologique où les polluants transitent. D’après le Programme des Nations Unies pour l’Environnement (PNUE), plus de 80 % de la pollution des mers proviennent de la terre via les fleuves ou par ruissellement et déversement à partir des zones côtières. Près de 20 % des pollutions marines ont pour origine les activités en mer dont les rejets d’hydrocarbures ou d’autres substances chimiques, les pertes de cargaison ou les immersions de déchets et les rejets atmosphériques (CGDD-SOeS, 2011).
Le faible renouvellement des eaux rend la mer Méditerranée un écosystème très vulnérable à l’accumulation de ces polluants. Les apports en polluants y sont, en dehors d’accidents ponctuels, de nature diffuse et chronique (González-Fuenzalida et al., 2019). Parmi les nombreux composés arrivant dans le milieu marin, les micropolluants, composés métalliques et organiques présents à l’état de traces, sont susceptibles d’avoir une action toxique pour les organismes présents (Hu et al., 2019). Bien que ces molécules soient présentes à de faibles concentrations, certains composés récalcitrants, en raison de leur nature et de leurs propriétés, peuvent alors s’accumuler dans les sédiments, pour devenir persistants dans l’environnement et fortement bioaccumulables au travers de la chaîne trophique (Gu et al. 2019). Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs), et les métaux lourds sont parmi les polluants les plus fréquemment rencontrés dans ces environnements côtiers (Tang et al., 2018).
Les métaux et leurs sources en Méditerranée
A la différence de la plupart des contaminants organiques, les métaux lourds sont des constituants naturels dans les roches et dans les gisements minéraux. Ces composés sont souvent retrouvés à l’état de traces (moins de 0,1%) dans l’environnement (Alloway et Ayres, 1997 ; Callender, 2003 ; Elmorsi et al., 2019), dans lequel ils sont introduits par l’intermédiaire de phénomènes naturels tels que l’érosion, l’activité volcanique ou les dépôts atmosphériques. Par ailleurs, les propriétés thermiques et électriques de ces composés en font des éléments de choix dans de nombreuses activités humaines, favorisant ainsi leur dispersion dans l’environnement (Callender, 2014 ; Giovanella et al., 2019). D’après l’inventaire « National Baseline Budget » (Bilan Bases Nationales, BBN), mené dans les pays méditerranéens, les émissions atmosphériques de métaux sont principalement liées à l’industrie cimentière (Hg, Cu), à la production d’énergie (As, Cd, Ni), et à la métallurgie (Pb, Zn). Les rejets aquatiques semblent être principalement liés à l’industrie des engrais (Hg, As, Pb), à la métallurgie (Ni, Zn) et aux usines de traitements des eaux usées (Cd, Cu), auxquels s’ajoute une part non négligeable provenant du secteur de l’énergie et de l’industrie chimique. Synthèse bibliographique Quant au raffinage pétrolier, il représente la principale source de rejet de chrome dans l’eau comme dans l’atmosphère (UNEP/MAP/MED POL, 2012). Les métaux rencontrés dans l’environnement peuvent être classés selon leur caractère essentiel ou non. Un métal est considéré comme essentiel lorsqu’il remplit des fonctions biochimiques bien précises dans l’organisme et que son absence entraîne l’apparition de symptômes pathologiques qui disparaissent lorsque le composé est à nouveau présent (Kucuksezgin et al., 2006 ; Elmorsi et al., 2019). Inversement, un élément métallique est dit non-essentiel lorsqu’on ne lui connait aucune fonction biologique particulière. Généralement ces composés entraînent des effets toxiques délétères à partir de concentrations pouvant être très faibles (Ben Ghnaya et al., 2009 ; Hu et al., 2019).
Contaminations de la Méditerranée par les hydrocarbures Les hydrocarbures et les composés d’origine pétrolière, tout particulièrement les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs), sont parmi les contaminants les plus toxiques et les plus abondants dans la nature où ils s’accumulent dans les sédiments. Les zones côtières constituent de véritables réservoirs de polluants menaçant les écosystèmes et la santé humaine (Murray et Penning, 2018 ; Drwal et al., 2019). Ainsi, L’environnement marin est le compartiment le plus touché par la pollution aux hydrocarbures. Ces composés xénobiotiques constituent le polluant organique le plus abondant dans les mers et les océans, qui induit une contamination des écosystèmes, qu’elle soit ponctuelle (accidents de marées noires) ou chronique (rejets industriels et urbains, apports agricoles, combustion de produits pétroliers, charbon, bois) (Sun et al., 2018 ; Hsieh et al., 2019). La Méditerranée est considérée comme une des surfaces marines les plus affectées par la contamination pétrolière. Le littoral méditerranéen est notamment le siège d’une pollution récurrente inquiétante par les hydrocarbures pétroliers, car il reçoit le quart des rejets pétroliers mondiaux (environ 80 000 tonnes /an).
Ce chiffre équivaut à une quantité de pétrole cumulée équivalente à environ 11 catastrophes du Prestige par an, concernent cette mer quasi-fermée, dont le taux de renouvellement des eaux est d’environ 100 ans (Mille et al., 2007). Par conséquent, les activités anthropiques conduisent à leur dispersion dans les environnements marins, provoquant des modifications de l’environnement aquatique, ainsi que des conséquences graves sur les écosystèmes et la santé humaine (Tang et al., 2018 ; Yu, et al., 2019). Ainsi, la pollution par les métaux lourds et les hydrocarbures présentent des dangers certains Synthèse bibliographique pour la Méditerranée à court et à long terme (Chatzinikolaou et al., 2018 ; González-Fuenzalida et al., 2019).
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Table des matières
INTRODUCTION
Partie 01 : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE CARACTERISTIQUES DU BASSIN MEDITERRANEEN
2.ALES FACTEURS ANTHROPIQUES DE LA POLLUTION MEDITERRANEENNE
– Littoralisation, urbanisation et industrialisation
3.PRESSION ENTROPIQUE SUR LE LITTORAL ALGERIEN
4.VOIX DE CONTAMINATION DU MILIEU MARIN
4.1. Trafic maritime
4.2. Tourisme et activités entropiques
5.POLLUANTS MAJEURS EN MEDITERRANEE
5.1. Les métaux et leurs sources en Méditerranée
5.2. Contaminations de la Méditerranée par les hydrocarbures
– Contamination du littoral Algérien par les hydrocarbures
6.Biodisponibilité des hydrocarbures
Bioconcentration
Bioaccumulation
Bioamplification
7.LE PORT D’ORAN
8.LES HYDROCARBURES
8.1. Définition des hydrocarbures
8.2. Sources des hydrocarbures en milieu marin
8.2. 1. Les hydrocarbures naturels
8.2. 2. Les hydrocarbures d’origine anthropique
Rejets industriels et domestiques des hydrocarbures
Activités pétrolières
Déversement accidentel des hydrocarbures
8.3. Les familles des hydrocarbures
8.3. 1. Les hydrocarbures aliphatiques
Les hydrocarbures aliphatiques saturés
Les hydrocarbures aliphatiques insaturés
Les hydrocarbures aliphatiques cycliques saturés
8.3.2. Les hydrocarbures aromatiques
– Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs
8.3.3. Les asphaltènes
8.3.4. Les composés polaires (résines
8.4. Le pétrole brut
9.DEVENIR DES HYDROCARBURES EN MILIEU MARIN
Dispersion et dégradation biotiques et abiotiques des hydrocarbures
9.1. Facteurs abiotiques
L’évaporation
La photo-oxydation
L’émulsification
La dissolution
La sédimentation
9.2. Facteurs biotiques
La biodégradation
Pénétration dans la chaîne alimentaire
10.ACONSEQUENCES DE LA POLLUTION MARINE PAR LES HYDROCARBURES SUR LA BIOCENOSE
11.TOXICITE DES HAPS
12.BIOTECHNOLOGIES ACTUELLES POUR LA REMEDIATION DE LA CONTAMINATION PAR LES HAPS DANS L’EAU ET LES SEDIMENTS MARINS
12.2. Biostimulation
12.3. Bioaugmentation
12.4. Combinaison Biostimulation et Bioaugmentation
12.5. Phytoremédiation
12.6. Biorestauration des sédiments par l’amendement du charbon noir
12.7. Méthodes bioélectrochimiques pour la surveillance de la biorestauration in situ des sédiments
12.8. Restaurations des sédiments marins par combinaison de plusieurs méthodes…
13.ATECHNOLOGIES D’INTERVENTION ACTUELLES EN CAS DE DEVERSEMENT D’HYDROCARBURES EN MILIEU MARIN
13.1. Stratégies physiques et chimiques actuelles (non microbiennes) pour les interventions d’urgence en cas de déversement d’hydrocarbures en milieu mari
13.2. Stratégies biotechnologiques (microbiennes) pour les interventions en cas de déversement d’hydrocarbures en milieu marin
14.PROCESSUS GENERAUX DE BIODEGRADATION DES HAPS
14.1. La dégradation primaire (Minéralisation)
14.2. Le co-métabolisme des substrats
15.LES MECANISMES D’ACTION DES MICROORGANISMES
15.1. Les enzymes
15.1.1. Les oxygénases
Les dioxygénases
La catéchol 2,3-dioxygénase
15.1.2. Les enzymes lignolytiques
15.1.3. Les enzymes hydroxylases
15.2. Les biosurfactants
Le rôle des biosurfactants dans la biodégradation des hydrocarbures
16.MODE D’ACCESSION AUX HYDROCARBURES
16.1. La solubilisation
16.2. L’accession interfaciale
16.3. L’accession interfaciale facilitée (émulsification)
16.4. Le transfert micellaire
17.LES ESPECES HYDROCARBONOCLATES
17.1. Les espèces Bactériennes
17.2. Les espèces fongiques
17.3. Les espèces d’algues et de microalgues
18.AVOIES METABOLIQUES DE LA DEGRADATION DES HYDROCARBURES
18.1. Voies métaboliques de la dégradation aérobie des hydrocarbures aliphatiques
18.1.1. Dégradation des n-alcanes
L’oxydation monoterminale
Oxydation des n-alcanes par le système de dioxygénase
Oxydation des alcanes en alcènes
Oxydation subterminale
Oxydation diterminale
18.1.2. Biodégradation aérobie des hydrocarbures aromatiques et des polyaromatiques (HAPs)
Biodégradation aérobie des hydrocarbures aromatiques à deux cycles aromatiques
Biodégradation aérobie des hydrocarbures aromatiques à trois cycles aromatiques
Biodégradation aérobie des hydrocarbures aromatiques à quatre cycles aromatiques
Biodégradation aérobie des hydrocarbures aromatiques à cinq cycles aromatiques
Mécanisme métabolique des HAPs en coopération bactérienne en consortium (co-metabolisme)
18.2. Voies biologiques anaerobies
19.AFACTEURS PHYSIQUES ET CHIMIQUES AFFECTANT LA BIODEGRADATION DES HYDROCARBURES
Partie 02 : MATERIEL ET MÉTHODES
1.ECHANTILLONNAGE
2.CARACTERISATION DU MILIEU ECOLOGIQUE
2.1. Analyses physico-chimiques
2.1.1. Température
2.1.2. Détermination du Potentiel d’Hydrogène (pH)
2.1.3. Détermination de la conductivité
2.1.4. Mesure de la de la turbidité (Norme ISO 7027
2.1.5. Détermination des matières en suspension (Norme ISO 9001
2.1.6. Mesure le TDS (Total des solides dissous) (Norme ISO 9001
2.1.7. Détermination de la demande chimique en oxygène (DCO) (Norme ISO 9001
2.1.8. Détermination de la demande biochimique en oxygène (DBO5) (Norme ISO 9001
2.1.9. Calcul du taux de biodégradation (Norme ISO 9 408
2.1.10. Oxydabilité par le permanganate de potassium (matières organiques) (Norme ISO 8467
2.1.11. Dosage des hydrocarbures totaux par chromatographie (GC-FID) (Norme ISO 9377-2
2.1.12. Détermination du titre d’alcalinité complet (TAC) (Norme ISO 9001
2.1.13. Titre hydrométrique (TH) (Norme ISO 9001
2.1.14. Dosage du nitrate (NO3-) (Norme ISO 9001
2.1.15. Dosage de nitrite (NO2-) (Norme ISO 6777
2.1.16. Détermination de la dureté calcique (Norme ISO 9001
2.1.17. Détermination du taux de Magnésium (Mg2+) (Norme ISO 9001
2.1.18. Dosage des ions sulfate (SO42−) (Norme ISO 9001
2.1.19. Dosage des ions chlorure (Cl-) (Norme ISO 9001
2.2. Analyses microbiologiques
2.2.1. Dénombrement de la microflore totale
2.2.2. Production de la biomasse hydrocarbonoclaste et dénombrement
3.ETUDE DES BACTERIES HYDROCARBONOCLASTES
4.ACRIBLAGE DES SOUCHES POTENTIELLEMENT HYDROCARBONOCLASTES
Criblage moléculaire : Etude du polymorphisme des fragments de restriction (PCRRFLP) du gène de l’ADNr 16S
4.1. Extraction de l’ADN génomique
4.2. Vérification de la qualité et de la quantité d’ADN
4.3. Electrophorèse d’ADN sur gel d’agarose et visualisation
4.4. Amplification du gène de l’ARNr 16S par PCR
4.5. Double digestion enzymatique de l’ADNr 16S (RFLP
4.6. Électrophorèse des produits de PCR-RFLP
5.AIDENTIDICATION BIOCHIMIQUE, PHYSICOCHIMIQUE ET MOLECULAIRE DES SOUCHES HYDROCRBONOCLASTES SELECTIONNEES
5.1. Identification biochimique et physiologique des souches bactériennes sélectionnées
5.1.1. Études des enzymes respiratoires
Recherche de l’oxydase
Recherche de la catalase
5.1.2. Type respiratoire sur milieu viande-foie (VF) (Fluka
5.1.3. Test de mobilité (croissance su milieu mannitol-mobilité
5.1.4. Test de fermentation du lactose, Glucose, saccharose et production de gaz sur milieu TSI (Triple Suger Iron) (Fluka
5.1.5. Test d’utilisation de citrate (milieu citrate se Simmons) (Fluka
5.1.6. Croissance sur milieu King (King A et King B
5.1.7. Croissance sur milieu Chapman (Fluka
5.1.8. Croissance sur le milieu Bouillon lactosé au BCP (BCPL/ coche de Durham)..
5.1.9. Croissance sur milieu bouillon indole-mannitol (Schubert/cloche de Durham).
5.1.10. Croissance sur milieu bouillon infusion coeur cervelle (BHIB) (Fluka
5.1.11. Croissance sur le milieu SS (Gélose Salmonella–Shigella
5.2. Identification moléculaire et analyse phylogénétique des souches bactériennes hydrocarbonoclastes sélectionnées
5.2.1. Choix du gène de l’ADNr 16S
5.2.2. Extraction d’ADN génomique
5.2.3. Amplification de l’ADNr 16S, séquençage et analyse phylogénétique
6.ANALYSE BIOINFORMATIQUE ET THERMODYNAMIQUE DE LA STRUCTURE SECONDAIRE DES FRAGMENTS D’ARNr 16S
7.ANALYSE FONCTIONNELLE DES ISOLATS SELECTIONNEES
7.1. Etude du gène codant pour l’enzyme catechol 2,3-dioxygénase (C23O
7.2. Analyses bioinformatiques et modélisation 3D de la structure de l’enzyme catechol 2,3-dioxygenase (C23O
8.OPTIMISATION DES SOUCHES HYDROCARBONOCLASTES SELECTIONNEES
8.1. Effet du pH
8.2. Effet de la température
8.3. Effet de la concentration en NaCl
9.CINETIQUE DE CROISSANCE DES SOUCHES SELECTIONNEES EN CULTURE SIMPLE ET EN CONSORTIUM DANS LE PETROLE BRUT
10ANALYSE ET TRAITEMENT DES RESULTATS
10.1. Traitements statistiques
10.2. Analyse des patterns moléculaires
Partie 03 : RESULTATS ET DISCUSSION
1.CARACTERISATION DU MILIEU ECOLOGIQUE
1.1. Analyses physico-chimiques
1.2. Analyse bactériologique Dénombrement de la microflore totale et de la microflore hydrocarbonoclaste
2.ISOLEMENT ET PURIFICATION DES SOUCHES BIODEGRADANTES DES HYDROCARBURES
3.aCRIBLAGE ET PRESELECTION DE SOUCHES BACTERIENNES HYDOCARBONOCLATES
4.aSELECTION MOLECULAIRE DES SOUCHES HYDROCARBONOCLASTES ISOLEES PAR PCR-RFLP
4.1. Extraction de l’ADN génomique et amplification de l’ADNr 16S
4.2. Double digestion enzymatique et mise ne évidence du polymorphisme de restriction de l’ADN 16S amplifié
5.IDENTIFICATION DES QUATRE SOUCHES SELECTIONNEES
5.1. Etude morphologique
5.2. Caractérisation biochimique des isolats
5.3. Identification moléculaire des souches hydrocarbonoclastes sélectionnées par amplification et séquençage d’ADNr 16S
6.ANALYSE BIOINFORMATIQUE ET THERMODYNAMIQUE DE LA STRUCTURE SECONDAIRE DES FRAGMENTS D’ARNr 16S
7.aCARACTERISATION FONCTIONNELLE DES SOUCHES BACTERIENNES HYDROCARBONOCLATES SELECTIONNEES
7.1. Étude du gène codant pour l’enzyme catechol 2,3-dioxygénase (C23O
7.2. Analyse bioinformatique et modélisation de la structure 3D de l’enzyme catechol 2,3-dioxygénase (C23O
8.aEFFET DES CONDITIONS ENVIRONNEMENTALES SUR LA DEGRADATION DES HYDROCARBURES
8.1. Effet de température sur la croissance des souches sélectionnées
8.2. Effets du pH sur la croissance des souches hydrocarbonoclastes sélectionnées..
8.3. Tolérance des souches sélectionnées au NaCl
9.ETUDE DU POTENTIEL DE DEGRADATION
Cinétiques de croissance des souches bactériennes sélectionnées dans le pétrole brut en cultures simple et en consortium
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES
PUBLICATIONS SCIENTIFIQUES
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