Fiche descriptive : Biodégradation par les méthanotrophes – in situ

De : Services publics et Approvisionnement Canada

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Description

La biodégradation par les méthanotrophes est une technique de restauration in situ qui fait appel aux bactéries méthanotrophes indigènes pour le traitement des sols ou des eaux souterraines. Les bactéries méthanotrophes sont des microorganismes aérobies qui se développent en utilisant le méthane (CH4) comme source de carbone et d'énergie.

Les bactéries méthanotrophes possèdent une enzyme capable d'oxyder le méthane, la méthane mono-oxygénase, qui peut aussi transformer divers composés chlorés. Les bactéries méthanotrophes cométabolisent donc l'oxydation de certains composés chlorés en présence de méthane et d'oxygène (accepteur final d'électrons). Le cométabolisme est la transformation d'un substrat (exemple : le TCE) par un microorganisme sans que celui-ci en retire des avantages directs. Un substrat primaire (exemple : le méthane (CH4) doit donc être présent pour servir de source de carbone et d'énergie aux microorganismes qui effectuent cette transformation.

La présence de méthane dans le milieu est nécessaire pour le développement des méthanotrophes, mais ne doit pas être en trop grande quantité afin de favoriser la biodégradation des composés chlorés et de limiter la compétition du méthane et du composé chloré pour le site actif de l'enzyme. L'injection de méthane et d'oxygène est donc nécessaire pour permettre la transformation des composés organiques halogénés. Des nutriments peuvent aussi être injectés sous forme dissoute (exemple : engrais soluble commercial) ou gazeuse.

L'oxydation des composés chlorés entraîne la formation d'époxy chlorés qui sont instables dans l'eau et rapidement transformés. Les réactions subséquentes de transformation sont catalysées de façon spontanée par d'autres bactéries méthanotrophes ou par d'autres types de bactéries.

Source :
  • In Situ bioremediation of Trichloroethylene - Restauration and Reclamation - Dept of Horticultural Science - Univ. of Minnesota pdf (Le lien n'est plus disponible)

Analyses recommandées dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Analyses biologiques

  • Le dénombrement de la population bactérienne hétérotrophe totale et de la population bactérienne spécifique

Analyses chimiques

  • La concentration des contaminants incluent :
    • dans les phases adsorbée
    • dissoute
    • libre
  • Potentiel hydrogène (pH)
  • Le potentiel d'oxydoréduction (Eh)
  • La concentration des nutriments incluent :
    • l'azote ammoniacal
    • l'azote total Kjeldahl
    • les nitrates
    • les nitrites
  • La concentration des métaux

Analyses physiques

  • La concentration en oxygène dissous
  • La concentration en méthane
  • La concentration en oxygène, en dioxyde d'azote et en méthane dans les sols de la zone vadose
  • La température
  • L'évaluation biologiques et des facteurs écologiques

Autre information recommandée pour une caractérisation détaillée

Phase II

  • La profondeur et l'étendue de la contamination
  • La présence de récepteurs :
    • la présence de récepteurs potentiels, la présence d'infrastructures de surface et souterraines et le risque de migration hors site

Phase III

  • La stratigraphie du sol
  • La connaissance détaillée de la géologie et de l'hydrogéologie incluent :
    • la direction d'écoulement des eaux souterraines
    • la conductivité hydraulique
    • les fluctuations saisonnières
    • le gradient hydraulique
  • La détermination des voies préférentielles de migration des contaminants
  • Une modélisation hydrogéologique

Essais recommandés dans le cadre d’une caractérisation détaillée

Essais biologiques

  • Essai de minéralisation en microcosmes

Essais hydrogéologique

  • Essais avec traceur

Applications

  • Permet de traiter la contamination résiduelle située dans les zones vadose et saturée
  • Permet de traiter la contamination dissoute
  • S'applique aux contaminants halogénés

Type de traitement

Type de traitementS’applique ou Ne s’applique pas
In situ
S’applique
Ex situ
Ne s’applique pas
Biologique
S’applique
Chimique
Ne s’applique pas
Contamination dissoute
S’applique
Contamination résiduelle
S’applique
Contrôle
Ne s’applique pas
Phase libre
Ne s’applique pas
Physique
Ne s’applique pas
Résorption
S’applique
Thermique
Ne s’applique pas

État de la technologie

État de la technologieExiste ou N'existe pas
Démonstration
Existe
Commercialisation
Existe

Contaminants ciblés

Contaminants ciblésS'applique, Ne s'applique pas ou Avec restrictions
Biphényles polychlorés
Ne s'applique pas
Chlorobenzène
Avec restrictions
Composés inorganiques non métalliques
Ne s'applique pas
Composés phénoliques
Ne s'applique pas
Explosifs
Ne s'applique pas
Hydrocarbures aliphatiques chlorés
Avec restrictions
Hydrocarbures aromatiques monocycliques
Ne s'applique pas
Hydrocarbures aromatiques polycycliques
Ne s'applique pas
Hydrocarbures pétroliers
Ne s'applique pas
Métaux
Ne s'applique pas
Pesticides
Avec restrictions

Durée du traitement

Durée du traitementS’applique ou Ne s’applique pas
Moins de 1 an
Ne s’applique pas
1 à 3 ans
S’applique
3 à 5 ans
S’applique
Plus de 5 ans
S’applique

Produits secondaires ou métabolites

Le chlorure de vinyle, un métabolite toxique produit par la déshalogénation réductrice biotique des solvants chlorés, n'est pas produit si la transformation des composés halogénés est faite par les bactéries méthanotrophes.

Limitations de la technologie

  • La présence de chemins préférentiels ou d'horizons moins perméables peut empêcher la distribution uniforme du méthane et de l'oxygène
  • La compétition entre le méthane et les composés organiques halogénés pour l'enzyme mono oxygénase limite la transformation des contaminants
  • La faible solubilité de l'oxygène et du méthane dans l'eau limite la transformation des composés organiques chlorés
  • Une faible concentration en nutriments peut limiter la biodégradation des contaminants
  • Le potentiel hydrogène (pH) des sols doit idéalement se situer entre 5 et 8
  • Une concentration élevée en contaminants peut inhiber la biodégradation des composés organiques halogénés
  • Caractérisation détaillée nécessaire, plus coûteuse

Technologies complémentaires améliorant l’efficacité du traitement

  • L'utilisation de cette technologie combinée à un système de bioventilation ou de biobarbotage est une alternative intéressante
  • L'ajout de formate ou de méthanol à titre de substrat primaire non compétitif pour la méthane mono oxygénase peut être envisagé, mais ne semble pas donner des résultats très intéressants
  • Bioaugmentation

Traitements secondaires requis

  • L'installation d'un système de captage des effluents gazeux devra être effectuée si la bioventilation ou le biobarbotage sont envisagés

Exemples d'application

Les sites suivants fournissent des exemples d'application :

Performance

Une minéralisation de 90 % des concentrations en TCE a été observée sur le site Savannah River en Caroline du Sud après l'ajout de méthane, d'oxygène et de nutriments sous forme gazeuse. De façon générale, le temps nécessaire à la restauration d'un site en utilisant la biodégradation par les méthanotrophes ainsi que la performance de cette technologie sont très variables et sont fonction à la fois du contaminant, de la population bactérienne indigène et des propriétés physico-chimiques du milieu.

Références

Auteur et mise à jour

Fiche rédigée par : Karine Drouin, M.Sc. Conseil national de recherches

Dernière mise à jour par : Karine Drouin, M.Sc. Conseil national de recherches

Date de mise à jour : 20 juillet 2018

Version :
1.0