Les BTEX : un grave contaminant des eaux souterraines
INTRODUCTION
Une quantité considérable d’essence pénètre dans l’environnement à la suite de fuites de réservoirs de stockage souterrains, de déversements accidentels ou de pratiques inappropriées d’élimination des déchets (Bowlen et Kosson, 1995). Lorsque l’essence est en contact avec l’eau, le benzène, le toluène, l’éthylbenzène et les isomères du xylène (BTEX) représentent jusqu’à 90 % des composants de l’essence qui se trouvent dans la fraction soluble dans l’eau (Saeed et Al-Mutairi, 1999). Par conséquent, ces produits chimiques sont parmi les contaminants les plus courants dans l’eau potable. Les BTEX sont toxiques pour les humains et leur élimination des environnements pollués est d’un intérêt particulier (Mehlman, 1992). Les BTEX ne sont pas un produit chimique unique, mais un groupe des composés chimiques suivants : Benzène, Toluène, Ethylbenzène et Xylènes. Les BTEX sont constitués de produits chimiques d’origine naturelle que l’on trouve principalement dans les produits pétroliers tels que l’essence. Outre l’essence, les BTEX se retrouvent dans de nombreux produits ménagers courants que nous utilisons tous les jours. Les BTEX font partie d’une classe de produits chimiques connus sous le nom de composés organiques volatils (COV).
Le but de cette étude est de fournir des informations et une compréhension visuelle des contaminants BTEX et de leurs caractéristiques comment ils pourraient être éliminés des eaux souterraines par la biorémédiation. La souche 2479 a été isolée du sol de la ceinture industrielle, située à Rajbandh (Bengale occidental, Inde) où l’utilisation d’hydrocarbures polychlorés (y compris le TCE) est abondante
Composition des BTEX : Le groupe de contaminants BTEX comprend le benzène, l’éthylbenzène, le toluène et trois isomères du xylène. Ces produits chimiques organiques constituent un pourcentage important des produits pétroliers (Fig. 1).
| Fig. 1: | Le pourcentage (poids) des composants BTEX de l’essence |
| Tableau 1 : | Les propriétés physico-chimiques des BTEX |
| – | Le benzène peut être trouvé dans l’essence et dans des produits tels que le caoutchouc synthétique, les plastiques, le nylon, les insecticides, les peintures, les teintures, les résines-colles, la cire pour meubles, les détergents et les cosmétiques |
| – | Les gaz d’échappement des voitures et les émissions industrielles représentent environ 20% de l’exposition totale au benzène à l’échelle nationale. Le benzène peut également être trouvé dans la fumée de cigarette. Environ 50 % de l’exposition nationale totale au benzène résulte du tabagisme |
| – | Le toluène est présent naturellement comme composant de nombreux produits pétroliers. Le toluène est utilisé comme solvant pour les peintures, les revêtements, les gommes, les huiles et les résines |
| – | L’éthylbenzène est surtout utilisé comme additif pour l’essence et le carburant d’aviation. Il peut également être présent dans des produits de consommation tels que les peintures, les encres, les plastiques et les pesticides |
| – | Le xylène est un membre du groupe de polluants BTEX. L’ortho-xylène est la seule forme naturelle de xylène ; les deux autres formes sont fabriquées par l’homme. Les xylènes sont des liquides incolores, utilisés dans l’essence et comme solvant dans les industries de l’imprimerie, du caoutchouc et du cuir |
Propriétés physico-chimiques : Les propriétés physico-chimiques des BTEX sont indiquées dans le tableau 1.
Propriétés contaminantes :
| – | Poids moléculaire : Le poids moléculaire du composé est mesuré en g mole-1. En général, plus le poids moléculaire est élevé, moins il est soluble dans l’eau. Le poids moléculaire affecte également la densité d’un composé |
| – | Solubilité dans l’eau : La solubilité est la mesure de la concentration maximale d’un produit chimique qui se dissout dans l’eau pure à une température spécifique, mesurée en mg L-1. La solubilité dans l’eau entraîne de grands effets sur le mouvement et la distribution des produits chimiques dans le sol et les eaux souterraines |
| – | Polarité : Le benzène est non polaire en raison de sa charge presque neutre. Il n’est pas aussi apolaire que les autres contaminants du groupe BTEX et a la capacité de se dissoudre dans l’eau |
| – | Densité spécifique : La densité est mesurée en tant que masse sèche par volume (kg m-3). La densité des contaminants affecte la capacité du composé organique à flotter sur l’eau |
| – | Coefficient de partage octanol-eau : C’est le rapport de la concentration d’une substance dissoute dans un système biphasé à l’équilibre. Après avoir mélangé un produit chimique dans une solution d’octanol et d’eau, on laisse le système atteindre l’équilibre. Il s’agit également d’une mesure de l’hydrophobie d’une substance organique. Plus il est hydrophobe, plus le contaminant s’adsorbera au sol et aura une faible solubilité |
| – | Constante de la loi de Henry : Elle décrit à propos des mouvements des produits chimiques de l’eau vers l’air et aussi de l’air vers l’eau. Des valeurs élevées signifient que le produit chimique se déplacera davantage vers la phase gazeuse alors que des valeurs faibles resteront dans la phase aqueuse (tableau 1) |
Exposition et effets des BTEX : L’exposition aux BTEX peut se produire soit en buvant de l’eau contaminée (ingestion), soit en respirant de l’air contaminé par le pompage du gaz ou de l’eau via la douche ou la lessive (inhalation), soit par des déversements sur votre peau.
L’exposition aiguë (à court terme) à l’essence et à ses composants, le benzène, le toluène et les xylènes, a été associée à une irritation cutanée et sensorielle, à des troubles du système nerveux central-CNS (fatigue, vertiges, maux de tête, perte de coordination) et à des effets sur le système respiratoire (irritation des yeux et du nez). En plus des problèmes cutanés, sensoriels et du SNC, une exposition prolongée à ces composés peut également affecter les systèmes rénaux, hépatiques et sanguins.
Bioremédiation des BTEX : la bioremédiation est une technique d’assainissement des sols et des eaux souterraines contaminés. En utilisant cette technique, les micro-organismes dégradent les composants organiques en CO2 et en eau. De l’oxygène et des nutriments peuvent être injectés pour favoriser la vitesse de dégradation. Si rien n’est ajouté, la biodégradation est dite intrinsèque. La dégradation peut se produire avec l’utilisation d’accepteurs d’électrons différents de l’oxygène. Par exemple, le toluène peut se dégrader par une voie anaérobie en utilisant le nitrate comme accepteur d’électrons (Soerensen, 1996).
On a supposé que la biorémédiation du sol de la pollution par les BTEX repose sur les populations bactériennes indigènes ; l’importance des champignons a été négligée. Les champignons résistent généralement à des conditions environnementales plus difficiles que les bactéries et pourraient jouer un rôle important dans la dégradation des hydrocarbures pétroliers dans le sol (Bossert et Bartha, 1984). Néanmoins, la dégradation fongique des mélanges de BTEX n’a été étudiée que de manière limitée avec des champignons à pourriture blanche (Braun-Lullemann et al., 1995 ; Yadav et Reddy, 1993). Les BTEX ont été minéralisés mais n’ont pas soutenu la croissance fongique lorsqu’ils ont été fournis comme seule source de carbone et d’énergie. Les enzymes extracellulaires de dégradation de la lignine sont capables d’oxyder une large gamme d’hydrocarbures aromatiques, mais elles ne semblent pas être impliquées dans la dégradation des BTEX. Les faibles taux de dégradation et la nécessité d’une source de carbone supplémentaire limitent l’utilisation des champignons à pourriture blanche dans la biorestauration. Lorsque des microbes dégradant les hydrocarbures sont utilisés pour la biorémédiation de la pollution par l’essence, il est très peu probable qu’ils rencontrent un substrat unique. Nous rapportons pour la première fois que le groupe Bacillus cereus a été utilisé pour la biodégradation du TCE (Trichloroéthylène) (Mitra et Roy, 2010) et il a également été testé que la dégradation du TCE pouvait être améliorée en présence de Toluène. Certaines études traitant des interactions entre les substrats pendant la dégradation des mélanges de BTEX par des bactéries (Rhodococcus rhodochrous, Arthrobacter sp. Pseudomonas sp.) ont été publiées (Alvarez et Vogel, 1991 ; Chang et al, 1993), mais les données analogues pour les champignons sont encore très rares.
Une culture bactérienne mixte (Paenibacillus pabulli, Micromonospora sp., Proteus mirabilis, Bacillus pumilus, Burkholderia sp, Bacillus coagulans, Bacillus stearothermophilus, Bacillus pallidus, Bacillus smithii et Klebsiella pneumonia) a été isolé site fortement pollué dans la région orientale de l’Arabie saoudite, capable de dégrader les BTEX efficacement (Mohamed Arafa, 2003).
Le champignon du sol Cladophialophora sp. souche T1 (Prenafeta-Boldu et al., 2002) était capable de se développer sur une fraction hydrosoluble modèle d’essence qui contenait les six composants BTEX (benzène, toluène, éthylbenzène et les isomères du xylène). Le benzène n’a pas été métabolisé, mais les benzènes alkylés (toluène, éthylbenzène et xylènes) ont été dégradés par une combinaison d’assimilation et de cométabolisme.
CONCLUSION
Cette étude résume les contaminants BTEX et leurs caractéristiques et à éliminer des eaux souterraines par biorémédiation. Car la biorémédiation est l’un des moyens respectueux de l’environnement pour dégrader les produits chimiques toxiques. Le sol contaminé par les BTEX peut abriter certains micro-organismes qui dégraderaient les BTEX et les utiliseraient comme nutriments. En utilisant cette simple logique, nous avons criblé les microorganismes du sol dans le sol d’une zone industrielle, le dépôt de l’Indian Oil Corporation à Rajbandh près de Durgapur. Notre isolat, la souche 2479 a été isolée du sol de la ceinture industrielle, située à Rajbandh (Bengale occidental, Inde) où l’utilisation d’hydrocarbures polychlorés (y compris le TCE) est abondante (Dey et Roy, 2009). Le TCE est également un polluant environnemental ainsi qu’un hépato-cancérigène. La raison pour laquelle les BTEX, qui pénètrent dans notre sol et notre système d’eau souterraine, sont considérés comme un problème si grave est qu’ils ont tous des effets toxiques aigus et à long terme. Tous les composés des BTEX présentent une toxicité aiguë et ont des effets notables sur la santé à des concentrations élevées. L’exposition à ces composés à partir des systèmes d’eau souterraine est généralement minime, mais les expositions peuvent être persistantes sur une longue période de temps (effets à long terme). Ainsi, cette étude suggère que l’exposition aux BTEX provenant d’une marée noire est corrélée à un risque accru d’effets sur la santé ; il est nécessaire de prendre des mesures appropriées. Dans la présente étude, nous mettons l’accent sur la biorémédiation des BTEX car elle est moins chère et plus respectueuse de l’environnement que d’autres moyens comme l’extraction en phase vapeur, le sparging à l’air, le stripping à l’air, etc.
ACKNOWLEDGMENTS
Les auteurs remercient le Dr Ashis Kumar Mondal pour avoir généreusement soutenu le programme. Les auteurs sont redevables à Sri Sushil Kumar Sinha pour fournir une assistance technique pendant le travail informatique.
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